水熱條件下Y型沸石的制備與合成

蜂窩沸石分子篩中沸石分子篩是一類微孔硅鋁酸鹽晶體，其骨架由硅氧四面體(SiO4)和鋁氧四面體(AlO4)按不同的方式連接而成。由于具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)、大的比表面積、優(yōu)異的熱和水熱穩(wěn)定性、豐富的酸性中心以及多種可交換的陽離子等性質(zhì)，沸石分子篩已被廣泛用于催化、吸附與分離、離子交換等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的沸石分子篩通常是在水熱或溶劑熱條件下，由含有無機（堿金屬氫氧化物）或有機（季銨堿）結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的無定型硅鋁酸鹽凝膠晶化而成，改變結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑往往可以改變所得沸石分子篩的結(jié)構(gòu)類型，因此使用結(jié)構(gòu)新穎的季銨堿已成為開發(fā)新沸石分子篩結(jié)構(gòu)類型的重要手段之一。特別是在合成一些具有大環(huán)（12元環(huán)）和超大環(huán)（＞12 元環(huán)）孔道結(jié)構(gòu)的分子篩時，往往需要使用合成過程復(fù)雜、價格昂貴的有機結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，使用有機結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑不但增加了分子篩的合成成本，還在焙燒去除有機物的過程中產(chǎn)生氮氧化物等有害氣體，并且一些有機結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑還具有一定的毒性，這在一定程度上限制了新開發(fā)沸石分子篩進一步在工業(yè)上的應(yīng)用。

Y沸石具有三維暢通的孔道結(jié)構(gòu), 優(yōu)異的熱和水熱穩(wěn)定性，廣泛地應(yīng)用于石油煉制與化學(xué)工業(yè)中，特別是在流動床催化裂化(FCC)反應(yīng)中更是起到了不可替代的作用。同時，Y沸石也對有機揮發(fā)物的吸附顯示出優(yōu)良性能。作為工業(yè)催化劑和吸附劑，Y沸石的催化與吸附性能與其硅鋁摩爾比值有直接的關(guān)系。例如，提高Y沸石的硅鋁比值可以顯著地提高沸石的水熱穩(wěn)定性，這更有利于制備性能優(yōu)異的FCC 催化劑。但是，常規(guī)的Y 沸石合成溫度一般在 100 °C 左右，所獲得的硅鋁摩爾比值在5.0-5.3，因此人們一直尋找直接一步法合成高Si/Al比值的Y沸石的新方法。研究人員曾發(fā)現(xiàn)，較高的合成溫度有利于得到具有高硅鋁比的Y型沸石，但是較高的反應(yīng)溫度非常容易導(dǎo)致Y 沸石的轉(zhuǎn)晶。目前，Y 型沸石多數(shù)都是在 110 °C以下水熱合成的。雖然有人報道可以在高溫(110-150 °C)合成 Y 型沸石，但是這些合成都是在有機模板劑存在下完成的，而有機模板的使用大大復(fù)雜了Y沸石的合成。

水熱和溶劑熱條件下合成無機化合物是無機化學(xué)領(lǐng)域的重要合成方法之一， 采用這種方法可以合成一系列功能性無機化合物， 如納米材料， 沸石分子篩， 具有新穎結(jié)構(gòu)的金屬配合物等。其中分子篩是一類在石油化工領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用的功能材料。本實驗是在水熱條件下合成 Y 型沸石， 并對其結(jié)構(gòu)進行初步表征。一般來說，Y 型沸石分子篩可用作土壤改良劑、農(nóng)藥和催熟劑的載體；在環(huán)境保護方面，Y 型沸石分子篩可以用來消除大氣污染、進行污水處理等；在輕工業(yè)方面，用 9% ～ 15% 的 NaY 沸石分子篩作為填充材料而生產(chǎn)的紙，特別適用于制造涂有光敏的氧化鋅層的復(fù)印紙。