沸石蜂窩分子篩
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合成沸石蜂窩分子篩的方法有哪些

2020-06-19 17:02:04

沸石蜂窩分子篩

合成沸石蜂窩分子篩的方法有哪些


沸石蜂窩分子篩材料在石油精細化工及環境治理等方麵發揮著巨大的作用。通常,絕大多數1653沸石分子篩都是需要在有機模板參與的條件下合成,然而使用的大部分模板劑都是有毒的,這對沸石的實際生產應用有著強烈的影響。綠色合成路線是指使用較為綠色的原料來合成目標產品,並且在合成過程中減少甚至消除對環境的負麵影響、減少廢物的排放和提高效率。


首先,沸石分子篩所需的原料混合後,主要物種矽酸鹽與鋁酸鹽聚合生成矽鋁酸鹽初始凝膠。這種矽鋁酸鹽凝膠是在高濃度條件下快速形成的,因此具有很高無序度,但是這種矽鋁酸鹽凝膠中可能含有某些初級結構單元,如:四元環、六元環等等。同時,這種凝膠和液相之間建立了溶解平衡。另外,矽鋁酸根離子的溶度積與凝膠的結構和溫度息息相關,隨著晶化溫度的變化,這種凝膠和液相之間建立起新的凝膠和溶液的平衡。其次,液相中多矽酸根與鋁酸根濃度的增加導致晶核的形成,然後是沸石分子篩晶體的生長。在沸石分子篩的成核和晶體生長過程中,消耗了液相中的多矽酸根與鋁酸根離子,從而引起矽鋁凝膠的繼續溶解。由於沸石晶體的溶解度小於無定形凝膠的溶解度,最後結果是凝膠的完全溶解,沸石分子篩晶體的完全生長。


對於合成沸石分子篩,溫度是一個很重要的因素。溫度變化會影響水在反應釜中的壓力的變化、矽鋁酸鹽的聚合狀態和聚合反應、凝膠的生成和溶解與轉變、分子篩的成核與生長以及介穩相間的轉晶。相同的體係在不同的溫度下可能會得到完全不一樣的物相,溫度越高得到的沸石的尺寸和孔體積越小,晶體骨架密度相應增大。一般而言在150C以下,初級結構往往是四元環或六元環,而當溫度高於150C,則往往是五元環的初級結構單元。由此可見,在高溫水熱條件下,無機物(主要是矽鋁酸鹽物種)的造孔規律和晶化溫度與水蒸汽壓之間存在著密切的聯係。


為克服常規水熱法合成沸石分子篩過程中由於溶劑水的引入造成的含堿廢水排放,合成體係壓力過高、單釜產率過低等問題,人們開發出了無溶劑法綠色沸石分子篩合成路線。過對晶化過程中晶化產物的表征結果發現,無溶劑法合成沸石分子篩經曆如下過程:晶化初期,固相原料在無定形二氧化矽中逐漸發生擴散,並伴隨著矽物種的聚合;隨著晶化時間的延長,無定形的二氧化矽逐漸向晶體轉換。總的來說,固相合成反應過程經曆了初始原料混合和擴散,矽羥基的不斷縮合等過程,最終使得反應原料在固相狀態下轉換為silicalite-1沸石分子篩。


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