孔徑受控沸石的合成、表征及機(jī)理研究.pdf

1、沸石又名分子篩，作為重要的多孔結(jié)晶固體材料，在化工、環(huán)保、國(guó)防等方面得到廣泛應(yīng)用。但自然沸石礦物及目前人工合成的沸石只含有0.3-1.3納米的微孔。由于沸石的孔徑在分子大小范圍內(nèi)，在石油化工、分離提純等工業(yè)過(guò)程中存在著擴(kuò)散障礙和較大的壓降，從而減少反應(yīng)速度和產(chǎn)生較大能耗。如果在沸石結(jié)構(gòu)上，加入可受控的孔徑范圍在2-50納米的介(中)孔，合成具有新型結(jié)構(gòu)的孔徑可控的介(中)孔沸石，則兼有沸石和中孔分子篩的優(yōu)點(diǎn)，將是一種新的納米孔性結(jié)構(gòu)沸石

2、，能克服傳統(tǒng)沸石的上述缺點(diǎn)，是人們長(zhǎng)期以來(lái)期盼的理想功能材料，有著巨大的應(yīng)用前景和學(xué)術(shù)意義。世界各國(guó)特別是一些先進(jìn)工業(yè)國(guó)家如日本、美國(guó)、荷蘭、德國(guó)等正在積極研制這種新型納米孔性結(jié)構(gòu)沸石。這不僅是因?yàn)樵摬牧显趥鹘y(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的巨大使用價(jià)值，更是因?yàn)榉惺目仔越Y(jié)構(gòu)在納米范圍，它作為納米多孔性功能材料而再次受到人們的重視。本研究首先從我國(guó)幾種不同高嶺土礦物材料和含Si、含Al化學(xué)試劑中篩選適宜的Si源、Al源，以有機(jī)氣溶膠和碳溶膠為結(jié)構(gòu)模板劑，對(duì)

3、合成孔徑受控沸石及表征、合成機(jī)理進(jìn)行了研究。通過(guò)溶膠合成化學(xué)，在納米尺度上對(duì)模板劑設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)孔徑受控沸石的鑄型合成。在此基礎(chǔ)上，對(duì)這一合成新思路拓展到其它納米結(jié)構(gòu)礦物材料設(shè)計(jì)、甚至眾多非硅體系的納米結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)的前景作了論述。以有機(jī)氣溶膠為模板劑，合成了具有高結(jié)晶率孔徑受控ZSM-5沸石。其微孔結(jié)構(gòu)(比面積、微孔容積和微孔孔徑)與普通ZSM-5沸石相同；孔徑受控ZSM-5沸石還具有普通ZSM-5沸石沒(méi)有的特有的介孔(中孔)結(jié)構(gòu)：0.

4、07-0.10cm3/g的介孔容積和9-25nm的介孔孔徑。以碳?xì)馊苣z為模板劑，同樣合成了具有高結(jié)晶率孔徑受控ZSM-5沸石。其微孔結(jié)構(gòu)與普通ZSM-5沸石相同，但其介孔(中孔)結(jié)構(gòu)不同于有機(jī)氣溶膠為模板劑合成的沸石，具有0.15-0.20cm3/g的介孔容積和9-11nm的介孔孔徑。以碳?xì)馊苣z為模板劑合成的沸石的介孔空容比以有機(jī)溶膠為模板劑合成的沸石的介孔空容大，介孔更加均勻。 以有機(jī)氣溶膠為模板劑，合成了具有高結(jié)晶率孔徑受控

5、A型(LTA)沸石。其微孔結(jié)構(gòu)與普通A型沸石相同，而孔徑受控A型沸石具有普通A型沸石沒(méi)有的特有介孔(中孔)結(jié)構(gòu)：0.43cm3/g的介孔容積和約15nm的介孔孔徑。 ZSM-5(MFI)沸石屬高Si沸石，A型(LTA)沸石屬高Al沸石。他們?cè)诮Y(jié)晶構(gòu)造、孔性結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用等方面具有代表性。因此，本孔徑受控沸石的合成技術(shù)具有實(shí)際推廣意義，可推廣到其它類型的沸石合成中。 合成機(jī)理研究表明，孔徑受控沸石的骨架結(jié)構(gòu)在受制約的納米尺度

6、空間保持不變。在孔徑可控沸石的合成過(guò)程中，有機(jī)溶膠和碳溶膠分別具有軟、硬性的納米結(jié)構(gòu)骨架，起到模板的作用。與未受空間制約條件下的合成相比，晶化速率減小，但對(duì)最終結(jié)晶度(率)沒(méi)有不良影響。沸石合成涉及各種條件下液相到固相的相變和非晶膠質(zhì)到納米級(jí)微結(jié)晶粒的生成、成長(zhǎng)過(guò)程，十分復(fù)雜，沸石結(jié)晶機(jī)理尚未完全解明。本研究從納米尺度上展開孔徑受控沸石的合成及機(jī)理研究是一項(xiàng)十分新穎和具有開創(chuàng)性的研究工作。 孔徑受控沸石同時(shí)兼有沸石分子篩的微孔結(jié)