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微孔分子筛材料是无机多孔材料家族中的重要一员,由于它们具有规整的孔道结构和独特的性能而被广泛用于离子交换、催化、吸附、分离和化学微反应器等主客体化学领域。而新型拓扑结构和新化学组成的微孔化合物的设计、合成及性质研究一直是人们关注的课题。 近年来,锗酸盐分子筛的研究逐渐引起人们的关注,成为分子筛合成的前沿领域之一。具有多种锗配位的ASU-14、含三元环的UCSB-9、螺旋孔道的UCSB-7以及24元环大孔的FDU-4等锗酸盐分子筛的出现,说明锗酸盐体系下可以合成出与传统硅酸盐沸石分子筛结构不同的分子筛,引起人们的极大兴趣。本论文的主要部分正是针对这一研究热点而开展,在水热和溶剂热体系下,采用不同的有机胺或碱金属作结构导向剂探索合成新型拓扑结构和新组成的锗酸盐和金属锗酸盐分子筛,并对它们的结构特点和合成规律进行了总结。 在锗酸盐合成体系,以4-胺乙基吡啶、1,4-丁二胺和钾离子为结构导向剂成功地合成出了四种新型结构锗酸盐分子筛:Ge5O5(OH)10·5H2O、(H3O)+K3Ge7O16·3H2O(FDG-1)、K4Ge9O20(FDG-2)、和(C3H11N2)(OH)[Ge10O20]。其中Ge5O5(OH)10·5H2O是由三元环和九元环组成的层状结构,与UCSB-9结构类似;FDG-2与毒铁矿结构的FDG-1具有相同的“火箭状”的二级结构单元Ge10O28,但连接方式不同;(C3H11N2)(OH)[Ge10O20]具有AST型分子筛拓扑结构。 对锗酸盐合成体系的合成条件和规律的总结,发现有机胺的种类和溶剂对结构影响较大,有机胺的形状与孔道有一定关系;一般碱金属离子结构导向作用强于有机胺,但哌嗪和1,3-丙二胺例外;若合成体系中加入三价铝或镓离子,则它们会进入分子筛骨架参与结构形成;与纯硅酸盐体系相比较而言,纯锗酸盐的结构更易于与二胺等有机胺模板匹配。 在锆锗酸盐合成体系,首次采用ZrO(NO3)2·2H2O作为锆源,用吡啶(或乙二醇)和水做溶剂,氟离子做矿化剂,分别用哌嗪、1,4-丁二胺和三乙烯四胺做结构导向剂成功地合成出了三种新型锆锗酸盐分子筛(C4N2H12)[ZrGe4O10F2](FDZG-1)、(NH4)2ZrGe3O9(FDZG-2)和(C2H10N2)H2O[ZrGe3O9](FDZG-3)。其结构均由锆氧(氟)六面体连接锗酸盐基本单元组成三维结构,其中锗酸盐基本单元分别为层状、三角、链状。它们的结构中包含大量的三元环。 在钛锗酸盐合成体系,分别采用哌嗪和三胺乙基胺作为结构导向剂成功地合复旦大学博l:论文摘要成出了两种新型钦锗酸盐分子筛材料(C4H.尹2)6[Ti .2Ge2208。](FDTG一l)和(C6H22N4)2[Ti3oe:4035](FoTo一2),创门结构都由钦锗簇连接而成。FTG一1为由钦锗簇【Ti.ZGe20O司与Geo;四面体连接而成二维层状结构,层间包含呱嗦分子;FTG一2为钦锗簇[Ge,ZTi3O司连成三维结构,三胺乙基胺分子在其八元环孔道中起稳定作用。 研究了含铝、硼、锌等金属锗酸盐的合成,以碱金属离子作为结构导向剂成功地合成出铝锗分子筛KAIGe3OS和硼锗分子筛LIBGeO;,其拓扑结构与长石Paracelsian和方石英的结构类似。这两类分子筛易于形成4一连接类沸石拓扑结构。另外还合成了一些锌锗酸盐的片状粉末微晶,其结构有待解析。 本论文的另一小部分还对一种具有工业化应用价值的新型沸石分子筛MCM一22的静态法合成进行了研究,总结了其适宜的合成条件,并拓展了其合成硅铝比的范围。