晶种法沸石分子筛的高效绿色合成及其形成机理的深入认识

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二十一世纪世界经济的高速、集约、可持续的发展,对沸石分子筛的合成提出了更高的要求,当前对微孔沸石分子筛的合成主要有以下途径:结构导向剂法与无模板下晶种促进法。其中无有机结构导向剂合成沸石分子筛的策略因成本比较低而且对环境无污染而被认为是一种经济的、环境友好的绿色合成策略,近年来引起了人们的广泛关注。并尝试着通过这种手段得到更多沸石分子筛,如利用少量的BEA沸石分子筛作为晶种在无模板体系当中合成BEA等,传统晶种法合成沸石分子筛的策略通常是使用与目标分子具有相同拓扑结构的分子筛作为晶种,异晶促进的晶种法合成沸石分子筛合成工作却鲜有报道,利用层状前驱体作为晶种合成沸石分子筛通常要有有机模板剂的参与,直接合成沸石分子筛还未见报道。层状硅酸盐相对于沸石分子筛来讲具有稍低的水热稳定性,并且来与比较广泛,因此将其作为晶种进行沸石分子筛促进合成的时候,更容易发生消溶避免给产品带来新的杂相,本论文以无有机结构导向剂的体系为基础,晶种作为前驱体和核促进剂,在水热条件下成功合成MOR, P沸石、FER等三种在工业上具有重要应用价值的沸石分子筛,并分别考察各晶化参数对其影响,以及晶种对其影响,得出了以下结果:1、以octosilicate、magadiite、ZSM-5作为前驱体,采用水热合成法合成出了MOR沸石分子筛,对产物进行一系列物化性质表征。发现晶化所用的时间短,所合成MOR结晶度很好,纯度很高,基本形貌上表现为大量的小晶粒彼此团聚在一起,形成了丰富的多级孔道结构,为物质的传导和脱铝提供了结构基础。考察了晶化反应条件对MOR的基本形貌的影响和产率的影响。除此以外,还通过对晶化时间的考察和晶种与产物的结构,提出了无模板法合成沸石分子筛的可能形成机理,首次实验证明了octosilicate、magadiite、ZSM-5与MOR之间在结构上的关联性。2、以Kanemite作为前驱体,采用水热合成法一步合成出了新型的P沸石核壳结构,对所得样品进行表征之后发现其基本形貌为几十个纳米的小晶粒,这些小晶粒彼此团聚在一起,形成核壳结构,所合成的核壳结构具有丰富的多级孔道,丰富了P沸石原本所具有的应用价值,在物质的吸附上面具有潜在的应用价值。通过XRD和SEM考察了晶化时间对该P沸石团聚体的结晶度和基本形貌的影响,推测了该核壳结构的形成机理,即先是形成大量的细小晶核,这些细小晶核在极短的时间和无定形硅彼此团聚在一起,形成初级团聚体,接着再进行由外向内不断晶化,最终形成具有新型核壳结构的P沸石。3、以FER作为前驱体,在无模板体系当中进行水热合成成功得到FER沸石分子筛,通过了各种技术对所得产物进行了表征,发现所合成的镁碱沸石为纯相,形态是各种片状的单晶彼此聚集而成,相互之间呈交叉支撑状态,也具有丰富的堆积孔结构,有利于物质的传输。考察了各种晶化参数对该体系下所得样品FER的产率、结晶度以及基本形貌的影响,为FER的工业合成提供了一种新的合成途径。
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