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合成目標(biāo)產(chǎn)品，并且在合成過程中減少甚至消除對環(huán)境的負(fù)面影響、減少廢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，因此具有很高無序度，但是這種硅鋁酸鹽凝膠中可能含有某些初級結(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。在沸石分子篩的成核和晶體生長過程中，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。

對于合成沸石分子篩，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)的初級結(jié)構(gòu)單元。由此可見，在高溫水熱條件下，無機(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，合成體系壓力過高、單釜產(chǎn)率過低等問題，人們開發(fā)出了無溶劑法綠色沸石分子篩合成路線。過對晶化過程中晶化產(chǎn)物的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無溶劑法合成沸石分子篩經(jīng)歷如下過程：晶化初期，固相原料在無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，無定形的二氧化硅逐漸向晶體轉(zhuǎn)換?？偟膩碚f，固相合成反應(yīng)過程經(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。