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(xì)化工及環(huán)境治理等方面發(fā)揮著巨大的作用。通常，絕大多數(shù)1653沸石分子篩都是需要在有機(jī)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(duì)沸石的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用有著強(qiáng)烈的影響。綠色合成路線是指使用較為綠色的原料來(lái)合成目標(biāo)產(chǎn)品，并且在合成過(guò)程中減少甚至消除對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響、減少?gòu)U物的排放和提高效率。

首先，沸石分子篩所需的原料混合后，主要物種硅酸鹽與鋁酸鹽聚合生成硅鋁酸鹽初始凝膠。這種硅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(wú)序度，但是這種硅鋁酸鹽凝膠中可能含有某些初級(jí)結(jié)構(gòu)單元，如：四元環(huán)、六元環(huán)等等。同時(shí)，這種凝膠和液相之間建立了溶解平衡。另外，硅鋁酸根離子的溶度積與凝膠的結(jié)構(gòu)和溫度息息相關(guān)，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，液相中多硅酸根與鋁酸根濃度的增加導(dǎo)致晶核的形成，然后是沸石分子篩晶體的生長(zhǎng)。在沸石分子篩的成核和晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，消耗了液相中的多硅酸根與鋁酸根離子，從而引起硅鋁凝膠的繼續(xù)溶解。由于沸石晶體的溶解度小于無(wú)定形凝膠的溶解度，最后結(jié)果是凝膠的完全溶解，沸石分子篩晶體的完全生長(zhǎng)。

對(duì)于合成沸石分子篩，溫度是一個(gè)很重要的因素。溫度變化會(huì)影響水在反應(yīng)釜中的壓力的變化、硅鋁酸鹽的聚合狀態(tài)和聚合反應(yīng)、凝膠的生成和溶解與轉(zhuǎn)變、分子篩的成核與生長(zhǎng)以及介穩(wěn)相間的轉(zhuǎn)晶。相同的體系在不同的溫度下可能會(huì)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(yīng)增大。一般而言在150C以下，初級(jí)結(jié)構(gòu)往往是四元環(huán)或六元環(huán)，而當(dāng)溫度高于150C，則往往是五元環(huán)的初級(jí)結(jié)構(gòu)單元。由此可見(jiàn)，在高溫水熱條件下，無(wú)機(jī)物（主要是硅鋁酸鹽物種）的造孔規(guī)律和晶化溫度與水蒸汽壓之間存在著密切的聯(lián)系。

為克服常規(guī)水熱法合成沸石分子篩過(guò)程中由于溶劑水的引入造成的含堿廢水排放，合成體系壓力過(guò)高、單釜產(chǎn)率過(guò)低等問(wèn)題，人們開發(fā)出了無(wú)溶劑法綠色沸石分子篩合成路線。過(guò)對(duì)晶化過(guò)程中晶化產(chǎn)物的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)溶劑法合成沸石分子篩經(jīng)歷如下過(guò)程：晶化初期，固相原料在無(wú)定形二氧化硅中逐漸發(fā)生擴(kuò)散，并伴隨著硅物種的聚合；隨著晶化時(shí)間的延長(zhǎng)，無(wú)定形的二氧化硅逐漸向晶體轉(zhuǎn)換?？偟膩?lái)說(shuō)，固相合成反應(yīng)過(guò)程經(jīng)歷了初始原料混合和擴(kuò)散，硅羥基的不斷縮合等過(guò)程，最終使得反應(yīng)原料在固相狀態(tài)下轉(zhuǎn)換為silicalite-1沸石分子篩。