一种Al-MCM-41催化剂及其制备与应用

本发明涉及分子筛催化剂，具体涉及一种应用于聚丙烯催化裂化反应的al-mcm-41催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、塑料垃圾的快速增长带来了严重的环境污染问题，通过焚烧处理塑料产生了大量的二氧化碳排放，加速了全球变暖过程，通过填埋处理难以降解的塑料，侵占了大面积的土地。塑料废物会转化为微米或纳米塑料颗粒，进入我们的饮用水或食物系统，危害人类的健康。每年产生数量巨大的塑料废物，却只有少部分塑料被回收利用。塑料的催化裂解可以将废塑料转化为附加值更高的化学品和燃料，是一种环保、经济的塑料废物回收利用方法。

2、聚烯烃，如高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)和聚丙烯(pp)是废塑料中数量最多的，占总塑料需求的一半以上。聚丙烯空间位阻大，扩散易受到限制，催化裂解时更加困难。

3、mcm-41是一种介孔分子筛，具有相对较大的孔容、高比表面积、适中的酸性、以及对增值烃类的形状选择性的优点，常用于聚丙烯的催化裂解。分子筛的酸性和孔结构是影响其催化性能的重要因素。催化裂解反应主要发生在沸石内部活性位点，活性中间体需要扩散到孔隙中。因此，沸石的孔结构对反应物、产物和过渡态的分子形状选择性有很大影响。沸石的酸性在决定塑料裂解油的产量方面起着关键作用，因为塑料裂解中涉及的大多数催化反应通过碳正离子机制发生在沸石的酸性位点上。在mcm-41中引入al，可以改善其酸性，明显提高烯烃和芳烃的产率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种应用于聚丙烯催化裂化反应的al-mcm-41催化剂及其制备方法，利用溶胶-凝胶法合成球状的al-mcm-41分子筛材料。该方法通过改变分子筛的原料配比，调节分子筛的孔结构和酸位点，进而实现了对催化活性的调控，使所制备的催化剂具有优异的催化性能，为塑料废物回收利用提供了一种经济且简单的策略。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种介孔结构al-mcm-41催化剂，该催化剂具有规则的球状结构，可以以一种简便的方法调节孔结构。

4、该al-mcm-41催化剂中，具有丰富的介孔结构和较大的比表面积，比表面积约为900-1500m2·g-1，孔径约为2.5-5.5nm。

5、所述应用于聚丙烯催化裂化反应的al-mcm-41催化剂及其制备方法，首先通过该方法通过溶胶-凝胶法合成介孔al-mcm-41，并通过改变合成原料的配比以改变催化剂的比表面积。

6、该方法包括如下步骤：

7、(1)将异丙醇铝于乙醇中溶解，并将溶液搅拌1-2小时，然后，将原硅酸四乙酯添加到溶液中，并搅拌30-60分钟，制备溶液(a)；

8、(2)将十六烷基三甲基溴化铵与氢氧化钠溶液于水中混合，制备溶液(b)；

9、(3)将溶液(b)于60-90℃下的回流容器中以200-400rpm的速度搅拌，并将溶液(a)滴加到溶液(b)中，得混合物，混合物在回流容器中搅拌1-3小时；

10、(4)溶液冷却至室温后，离心收集固体，并用蒸馏水冲洗直至ph＝7-8，然后干燥；

11、(5)将干燥后的固体样品于空气气氛下煅烧。

12、上述步骤(1)中，所述原硅酸四乙酯和异丙醇铝的投料摩尔比为5.0-30.0：1.0，优选5-20：1.0，更优选14-18：1.0。异丙醇铝于乙醇中摩尔浓度为0.009-0.06mol/l；

13、上述步骤(2)制备的溶液(b)中，十六烷基三甲基溴化铵于水中的摩尔浓度为0.005-0.007mol/l；氢氧化钠于水中的摩尔浓度为1-3mol/l

14、上述步骤(2)中，所述氢氧化钠溶液与原硅酸四乙酯的比例由所需要的比表面积确定，随氢氧化钠与原硅酸四乙酯摩尔比值的增加，产物比表面积减小，通常范围为0.05-0.3，优选0.1-0.25，更优选0.15-0.2。

15、上述步骤(5)中，所述热处理过程中的升温速率为2-5℃/min，处理温度为400-600℃(优选500-600℃，更优选550-600℃)，保温时间为4-5h(优选4.5-5h)。

16、所述al-mcm-41催化剂应用于聚丙烯催化裂解反应中，液态烷烃(c5-c21)产率大于60.0％。

17、本发明采用溶胶-凝胶法通过改变合成原料的配比，以获得不同比表面积的al-mcm-41催化剂。通过本发明制得的al-mcm-41催化剂应用于聚丙烯催化裂解反应中，可以调控分子筛的比表面积，有效调控聚丙烯催化裂解反应产物分布，得到较高产率的液烃，是一种具有优异的催化性能的催化剂。

18、本发明具有以下优点及有益效果：

19、1、本发明通过改变分子筛的原料配比，调节分子筛的孔结构，进而实现了对催化活性的调控，使所制备的催化剂具有优异的催化性能。

20、2、本发明通过溶胶-凝胶法浸渍法制备了al-mcm-41催化剂，al-mcm-41呈均匀的球状，并可以通过改变原料配比，调节分子筛的形貌，获得大小不同的球状的样品。

21、3、通过聚丙烯催化裂解应性能测试，证实了al-mcm-41催化剂应用于聚丙烯催化裂解反应中，液态烷烃(c5-c21)产率大于60.0％，说明该催化剂具有高效的塑料裂解性能，是一种优异的催化剂。

技术特征：

1.一种al-mcm-41催化剂的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述原硅酸四乙酯和异丙醇铝的投料摩尔比为5.0-30.0：1.0，优选5-20：1.0，更优选14-18：1.0。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述氢氧化钠与原硅酸四乙酯的比例由所需要的比表面积确定，随氢氧化钠与原硅酸四乙酯摩尔比值的增加，产物比表面积减小，通常范围为0.05-0.3，优选0.1-0.25，更优选0.15-0.2。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述热处理过程中的升温速率为2-5℃/min，处理温度为400-600℃(优选500-600℃，更优选550-600℃)，保温时间为4-5h(优选4.5-5h)。

6.一种权利要求1-5任一所述的制备方法制备获得的al-mcm-41催化剂。

7.根据权利要求6所述的al-mcm-41催化剂，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的al-mcm-41催化剂，其特征在于：

9.一种权利要求6-8任一所述al-mcm-41催化剂的作为催化剂在聚丙烯催化裂解反应中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述al-mcm-41催化剂应用于聚丙烯催化裂解反应中，液态烷烃(c5-c21)产率大于60.0％。

技术总结本发明公开了一种应用于聚丙烯催化裂解反应的Al‑MCM‑41催化剂及其制备方法，涉及分子筛催化剂技术领域。该方法采用溶胶‑凝胶法通过改变合成原料的配比，以获得不同比表面积的Al‑MCM‑41催化剂。通过本发明制得的Al‑MCM‑41催化剂应用于聚丙烯催化裂解反应中，可以调控分子筛的比表面积，有效调控聚丙烯催化裂解反应产物分布，得到较高产率的液烃(C<subgt;5</subgt;‑C<subgt;21</subgt;)，是一种具有优异的催化性能的催化剂。技术研发人员：张炳森,王紫茹,高丽,张霞受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/23