一种制备MWW结构分子筛的方法
技术领域
本发明是关于一种制备MWW结构分子筛的方法，确切地说，是关于转晶制备MWW结构分子筛的方法。
背景技术
MWW结构分子筛包括MCM-22、MCM-49、MCM-36、MCM-56、ITQ-1和ITQ-2等分子筛。1990年，Mobil公司首次以六亚甲基亚胺(HMI)为模板剂水热合成出MCM-22分子筛(US,4954325,1990)，并于1994年首次解析出其结构，并以此命名为MWW结构分子筛，因此具有MWW拓扑结构的层状分子筛又称为MCM-22族分子筛。
MWW结构分子筛具有两套互不交叉的独立孔道：层内孔径为0.40×0.59nm的椭圆形10MR二维正弦孔道；层间为0.71×0.71×1.82nm的12MR超笼，且以0.40×0.54nm的10MR开口与外界相通；另外在其表面还分布一些12MR孔穴，是超笼的一半，深度约为0.91nm（Science,1994,264:1910）。MWW结构分子筛因其独特的孔道结构和物化性质在烷基化（US,5600048,1997）、芳构化（催化学报,2002,23:24）、催化裂化（J.Catal.,1997,167:438）和异构化（J.Catal.,1996,158:561）等反应中具有广阔的应用前景。
下列公开专利和文献以传统的水热合成方法合成MWW结构分子筛。
US4954325(1990)和5326575(1993)首次报道了MCM-22、MCM-49分子筛及其合成方法，其技术特征是以六亚甲基亚胺为模板剂，晶化温度为80～225℃，晶化时间为1～60天。但该MWW结构分子筛合成水硅比高，晶化时间长，而且聚集严重，分散性差。公开文献J.Phys.Chem.1996,100:3788介绍了合成体系下，硅铝比低利于MCM-49分子筛生成，而硅铝比高则利于MCM-22分子筛生成；另外，动态晶化条件下，HMI/Na+摩尔比小于2.0，倾向于生成MCM-49分子筛，大于2.0则倾向于MCM-22分子筛。
CN1500723A(2004)报道了一种MCM-22族分子筛的合成方法，其技术特 征是以六亚甲基亚胺为模板剂并控制反应混合物碱度和陈化时间，从而缩短MWW结构分子筛的合成时间。
CN1789126A(2006)报道了一种MCM-22族分子筛的合成方法，其技术特征是以六亚甲基亚胺和环己胺或丁胺或异丙胺中的任何一种的二元胺液体混合物为模板剂，水热合成出MWW结构分子筛。
CN101489677A(2007)将合成MWW结构分子筛的模板剂范围扩展为：环戊胺、环己胺、环庚胺、六亚甲基亚胺、七亚甲基亚胺、高哌嗪和他们的结合物。
CN102452665A(2012)报道了以不等价四烷基铵阳离子为模板剂，添加碱金属氯化物和氢氧化物的混合物、晶种等成功合成出MWW结构分子筛。
以上专利及文献显著扩展了MWW结构分子筛的合成范围，且六亚甲基亚胺仍为合成MWW结构分子筛最为常用的模板剂。但均是从原料组成上加以调变并采用传统的水热合成方法直接合成MWW结构分子筛。文献报道的MCM-22和MCM-49分子筛的产品SiO2/Al2O3均大于20。
由于分子筛稳定性的差异导致的转晶是传统水热合成过程中经常出现的现象。比如随着晶化时间延长或温度升高，MWW结构分子筛会转晶成为热力学上更为稳定的FER结构分子筛。随着晶化时间的延长，LTA结构分子筛会转晶为GIS结构分子筛。
近10年来，Sano等对分子筛转晶进行了大量研究，分别针对无模板剂无晶种条件下的转晶、有机模板剂条件下的转晶以及添加晶种条件下的转晶做了深入而系统的研究。
Micropor.Mesopor.Mater.,2006,96:72;Chem.Mater.,2008,20:4135中介绍了FAU结构分子筛转晶成BEA结构分子筛的过程中，FAU结构分子筛随着处理时间的增加，其衍射峰强度在减弱，直至无定形状态，之后BEA结构分子筛的晶相开始出现。Micropor.Mesopor.Mater.,2008,113:56中介绍了FAU结构分子筛转晶成RUT结构分子筛的过程；Micropor.Mesopor.Mater.,2009,112:149中介绍了FAU结构分子筛转晶成LEV结构分子筛的过程；J.Porous. Mater.,2009,16:465中介绍了FAU结构分子筛转晶成MTN结构分子筛的过程。FAU结构向RUT、LEV、MTN结构转晶过程中，均是FAU结构随着处理时间的增加，其衍射峰强度在减弱，直至无定形状态，之后其他结构分子筛的晶相开始出现，中间均是经历无定形状态。
石油化工科学研究院开发的“异晶导向”技术，成功地将FAU结构分子筛转晶为MFI结构分子筛，该技术以REY分子筛作晶种，异晶导向直接合成制得晶体内含稀土元素和磷、骨架由硅铝元素组成、具有MFI结构的ZRP-1高硅分子筛。但“异晶导向”技术，也需要经过XRD“无定形”阶段。
发明内容
发明人在大量试验的基础上意外发现，FAU结构分子筛可不经历无定形阶段转晶成MWW结构分子筛，基于此，形成本发明。
因此，本发明的目的是提供一种有别于传统的直接合成MWW结构分子筛，采用分子筛转晶方式制备MWW结构分子筛的方法。
本发明提供的制备MWW结构分子筛的方法，其特征在于将FAU结构分子筛与硅源、碱源、模板剂、去离子水形成的混合物胶体在水热条件下晶化并回收得到的MWW结构分子筛，所说的模板剂为能够用于合成MWW结构分子筛的模板剂。
本发明提供的制备MWW结构分子筛的方法，具有下述特点：
（1）由FAU结构转晶成MWW结构的过程中，FAU结构分子筛的晶相逐渐消失，而MWW结构分子筛的晶相逐渐生成，无中间物相和无定形状态出现，说明FAU结构是直接转晶成MWW结构的，此与文献中报道的转晶过程不同。
（2）转晶成的未焙烧样品为具有三维结构的MCM-49分子筛而不是具有层间结构的MCM-22P分子筛，说明该转晶过程是直接发生的，即在外加硅源和模板剂等作用下，由具有三维结构的FAU结构直接转成具有三维MWW结构的MCM-49分子筛。
（3）转晶成的MWW结构分子筛，其晶粒尺寸为原FAU结构分子筛晶粒尺寸，说明所合成的MWW结构分子筛是在原FAU结构分子筛基础上生成的。
（4）转晶过程：FAU结构分子筛在外加硅源、模板剂、碱源、水等条件下于一定温度和搅拌速度晶化，首先在原FAU结构晶粒上形成具有单层片状的MWW结构分子筛，随着转晶时间的延长，片状MWW结构逐渐增多，FAU结构逐渐被消耗。宏观表现为MWW结构分子筛是在原FAU结构晶粒上由外而内生成。最终，所形成的MWW结构分子筛其晶粒尺寸与原FAU分子筛晶粒尺寸相近。
附图说明
图1为实施例1得到的样品FM-1的XRD谱图。
图2为实施例2得到的样品FM-2的XRD谱图。
图3为实施例3得到的样品FM-3的XRD谱图。
图4为实施例4得到的样品FM-4的XRD谱图。
图5为实施例5得到的样品FM-5的XRD谱图。
图6为实施例6得到的样品FM-6的XRD谱图。
图7为实施例7得到的样品FM-7的XRD谱图。
图8为实施例8得到的样品FM-8的XRD谱图。
图9为实施例9得到的样品FM-9的XRD谱图。
具体实施方法
本发明提供的制备MWW结构分子筛的方法，其特征在于将FAU结构分子筛与硅源、碱源、模板剂、去离子水形成的混合物胶体在水热条件下晶化并回收得到的MWW结构分子筛，所说的模板剂为能够用于合成MWW结构分子筛的模板剂。
本发明的方法中，所说的FAU结构分子筛主要包括X型和Y型分子筛，其结构单元是由β笼构成，相邻的β笼之间通过六方柱(D6R)连接，形成一个十二员环的超笼结构和三维孔道体系，直径为0.74×0.74nm。FAU结构分子筛具有较大的孔体积(约占50%)和三维十二员环孔道体系，使其在催化方面有着极其重要的应用。FAU结构分子筛可以选自不同阳离子类型分子筛，可以但不限于选自NaX、NaY、NH4X、NH4Y、HX、HY、REX和REY中的一种或多种。对于所说的FAU结构分子筛的晶粒尺寸没有特别的限制，可以选自不同晶粒尺寸的分子筛，例如小晶粒的分子筛。
本发明的方法中，所说的硅源选自硅溶胶、固体硅胶、白炭黑和水玻璃中的至少一种；所说的碱源选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷和氢氧化铯中的至少一种；所说的能够用于合成MWW结构分子筛的模板剂选自五亚甲基亚胺、六亚甲基亚胺、七亚甲基亚胺、1,4-二氮环庚烷、环庚烷胺、环己烷胺、环戊胺、苯胺、哌啶和哌嗪、N,N,N-三甲基金刚烷基氢氧化铵、Me3N+(CH2)5N+Me3和(Me2CH)2HN+(CH2)5NH+(Me2CH)2（Me表示甲基）中的至少一种，优选的，所说的模板剂至少包括有六亚甲基亚胺。在本发明的一个优选的实施方案中，硅源为固体硅胶；模板剂为六亚甲基亚胺。
本发明的方法中，所说的混合物胶体，摩尔配比为SiO2/Al2O3=3～200、OH-/SiO2=0.001～1、H2O/SiO2=5～100、R/SiO2=0.01～5；优选的，所说的混合物胶体，摩尔配比为SiO2/Al2O3=3～80、OH-/SiO2=0.01～0.5、H2O/SiO2=5～50、R/SiO2=0.05～0.5；更优选的，所说的混合物胶体，摩尔配比为SiO2/Al2O3=5～40、OH-/SiO2=0.05～0.30、H2O/SiO2=10～30、R/SiO2=0.05～0.35。
本发明的方法中，所说的水热条件下晶化，通常条件为温度100～180℃、优选为温度130～150℃；晶化时间可以根据混合物的配比和原料的情况进行调整，以确保形成MWW结构分子筛，例如，可以是在60～240h，优选为70～100h。
本发明的方法，所说的MWW结构分子筛由FAU结构分子筛直接转晶得到，MWW结构分子筛的粒径尺寸与FAU结构分子筛的粒径尺寸接近，例如，HY分子筛晶粒尺寸约1.0μm，所得的MWW结构分子筛的晶粒尺寸也为约 1.0～1.2μm；NaY分子筛的晶粒尺寸约500nm，所得的MWW结构分子筛的晶粒尺寸也为约500～700nm，等等。其中，FAU结构分子筛由外而内逐渐形成具有片状基本结构的MWW结构分子筛。从不同晶化时间点取得的中间产物的XRD谱图观察，随时间变化呈现FAU结构特征衍射峰逐渐降低、同时MWW结构衍射峰逐渐增强的特点。
本发明的方法所制备得到的MWW分子筛经过铵交换焙烧后可转化为酸性催化活性组元，可用于不同烃类转化反应：烷基化、芳构化、裂化、异构化等反应。
下面通过实施例对本发明作进一步说明，当并不因此而限制本发明的内容。
实施例和对比例中，样品的X-射线衍射（XRD）晶相图在Siemens D5005型X-射线衍射仪上进行测定。以样品和基准样品在2θ为22.5°～25.0°之间衍射特征峰的衍射强度（峰高）之和的比值来表示样品相对于基准样品的结晶度，即相对结晶度，以对比例1样品为基准样品，其结晶度计为100%。
对比例1
本对比例说明按照US4954325的方法制备MCM-22分子筛的过程。
将偏铝酸钠（国药集团，分析纯）与氢氧化钠（北京试剂公司，分析纯）溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶（青岛海洋化工厂，干基97%）加入上述溶液，再加入六亚甲基亚胺，搅拌均匀后，所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.033Al2O3：0.30HMI：15H2O。然后将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化72h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品。
测试其XRD衍射图，2θ角5至35°。产物为MCM-22分子筛，比表面为514m2/g。
分子筛晶粒大小通过扫描电镜测试，结果其晶粒大小约为3.0～4.0μm。
对比例2
本对比例说明仅加入FAU结构分子筛但不新添加硅源的情况。
本对比例中所用碱源、模板剂、去离子水以及操作步骤同上，区别在于本对比例仅以NaY分子筛（晶粒尺寸约1.0μm，Na2O含量为11.8w%，SiO2/Al2O3=4.95）作为硅源和铝源的供体，所得混合物胶体摩尔配比为0.18NaOH：SiO2：0.202Al2O3：0.30HMI：15H2O，晶化温度为145℃，动态晶化72h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品。
测试其XRD衍射图，2θ角5至35°，结果为SOD结构，无MWW结构特征峰出现。这说明FAU结构分子筛在不补加硅源的条件下无法转晶成MWW结构分子筛。
实施例1
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和工业样品NaY（晶粒尺寸约1.0μm，Na2O含量为11.8w%，SiO2/Al2O3=4.95）分子筛加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入六亚甲基亚胺，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.30HMI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化72h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品编号FM-1。
测试其XRD衍射图（图1），2θ角为5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为100%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒约为1.0～1.2μm。
实施例2
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和NH4Y分子筛（90℃条件两次铵交换得到，晶粒尺寸约1.0μm，Na2O含量为0.34w%，SiO2/Al2O3=4.95）加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入六亚甲基亚胺，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.30HMI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化64h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品编号FM-2。
测试其XRD衍射图（图2），2θ角为5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为101%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒尺寸约为1.0～1.2μm。
实施例3
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和HY分子筛（90℃条件两次铵交换焙烧得到，晶粒尺寸约1.0μm，SiO2/Al2O3=4.95）加入加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入六亚甲基亚胺，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.30HMI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化64h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品编号FM-3。
测试其XRD衍射图（图3），2θ角为5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为100%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒尺寸约为1.0～1.2μm。
实施例4
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和小晶粒的NaY分子筛（晶粒尺寸约500nm，Na2O含量为0.54w%，SiO2/Al2O3=5.0）加入加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入六亚甲基亚胺，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.30HMI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化60h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品编号FM-4。
测试其XRD衍射图（图4），2θ角5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为105%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒尺寸约为500～700nm。
实施例5
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和小晶粒的NaY分子筛（晶粒尺寸约300nm，Na2O含量为0.54w%，SiO2/Al2O3=5.0）加入加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入六亚甲基亚胺，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.20HMI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化72h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品编号FM-5。
测试其XRD衍射图（图5），2θ角5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为105%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒尺寸约为400～600nm。
实施例6
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和NaX分子筛（晶粒尺寸约300～500nm，Na2O含量为16.8w%，SiO2/Al2O3=2.5）加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入六亚甲基亚胺，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.30HMI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化72h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品编号FM-6。
测试其XRD衍射图（图6），2θ角5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为108%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒尺寸约为400～700nm。
实施例7
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和NaX分子筛（晶粒尺寸约300～500nm，Na2O含量为16.8w%，SiO2/Al2O3=2.5）加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入六亚甲基亚胺，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.033Al2O3：0.30HMI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化84h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品编号FM-7。
测试其XRD衍射图（图7），2θ角5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为105%。分子筛晶粒大小通过扫描电镜测试，结果其晶粒尺寸约为400～700nm。
实施例8
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和工业样品NaY（晶粒尺寸约1.0μm，Na2O含量为11.8w%，SiO2/Al2O3=4.95）分子筛加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入N,N,N-三甲基金刚烷基氢氧化铵，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.30TMADOH：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化72h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品FM-8。
测试其XRD衍射图（图8），2θ角为5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为103%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒约为1.0～1.2μm。
实施例9
本实施例说明本发明提供的方法。
将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，将固体硅胶和工业样品NaY（晶粒尺寸约1.0μm，Na2O含量为11.8w%，SiO2/Al2O3=4.95）分子筛加入上述溶液中，搅拌均匀后，加入哌啶，继续搅拌均匀。所得混合物胶体摩尔配比为：0.18NaOH：SiO2：0.04Al2O3：0.30PI：15H2O。然后，将所得混合物转移至密闭晶化釜中，晶化温度为145℃，动态晶化72h，冷却后取出产物，经过滤、洗涤、干燥和焙烧后，得到样品FM-9。
测试其XRD衍射图（图9），2θ角为5至35°。产物为MCM-49分子筛，相对结晶度为95%。分子筛晶粒通过扫描电镜测试，结果其晶粒约为1.0～1.2μm。