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SOD籠間通過(guò)本身的共面連接形成的是SOD沸石分子篩;SOD籠間通過(guò)雙四元環(huán)的連接,形成的是LTA型分子篩;SOD籠間通過(guò)雙六元環(huán)的連接,形成的是FAU和EMT沸石分子篩。
另外,在沸石分子篩骨架結構中,常會(huì )發(fā)現一些特征的鏈和二維三連接的網(wǎng)層結構以及周期性結構單元(PBU)。我們?yōu)槌R?jiàn)的五種鏈狀結構為是Pentasil鏈、雙鋸齒形鏈、雙之字形鏈、雙機軸鏈和短柱石鏈。由邊共享的籠所組成的Pentasil鏈是高硅沸石分子篩家族的一個(gè)特征鏈。具有代表性的,MFI的骨架結構就是由Pentasil鏈構成。平行堆積的二維三連接網(wǎng)層通過(guò)上下取向的三連接頂點(diǎn)間相互連接形成三維四連接的骨架結構。例如,GIS類(lèi)型骨架結構是由4.82二維網(wǎng)層結構上下連接而成。
70年代,荷蘭科學(xué)家Mcnicol等人通過(guò)使用分子光譜技術(shù)來(lái)追蹤LTA型沸石分子篩的整個(gè)晶化過(guò)程,從而在實(shí)驗上為固相轉變機理給予充分的根據。90年代,干膠轉化的合成方法的提出也為固相轉變機理增加了一個(gè)實(shí)例。另外,近幾年發(fā)展起來(lái)的固相無(wú)溶劑合成的方法的提出也是在一定程度上為固相轉變機理提供相應的證據。
液相轉變機理由Kerr和Ciric提出,與固相轉變機理的提出幾乎是在同一個(gè)時(shí)期。他們認為:沸石分子篩晶體的成核和生長(cháng)是在溶液中直接進(jìn)行,初始凝膠慢慢的溶解到溶液中,生成了活性物種硅鋁酸根離子,然后再發(fā)生縮合,慢慢的形成了沸石分子篩所需要的結構單元,再進(jìn)一步生成了沸石分子篩。
合成沸石分子篩的基本原料有:硅源、鋁源、堿源、金屬陽(yáng)離子、其它礦化劑、模板劑和水等。常用的硅源有白炭黑、硅溶膠、固體硅膠、有機硅酸酯、水玻璃等。常用的鋁源有偏鋁酸鈉、硫酸鋁、薄水鋁石、金屬鋁、硝酸鋁、異丙醇鋁、氫氧化鋁等。堿源有氫氧化鈉,氫氧化鉀等。金屬陽(yáng)離子包括堿金屬陽(yáng)離子和堿土金屬離子如:Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+等。分子篩合成的礦化劑有兩種:氫氧根離子和氟離子。模板劑有各種含氮的有機物、季磷鹽等。
反應物的起始硅鋁比對終的反應產(chǎn)物有很大的影響,但是這兩者又沒(méi)有一定的對應關(guān)系。一般而言低硅鋁比的LTA分子篩、SOD分子篩、FAU分子篩等都是從低的硅鋁比和高的堿度的原始投料體系中晶化而得的。對于ZSM-5,Beta等這類(lèi)高硅沸石往往都是從高的投料硅鋁比以及低堿度的原始投料中獲得的。通常而言,增加投料的硅鋁比在一定范圍里往往能增加產(chǎn)物的硅鋁比,但是并不是所有分子篩都能通過(guò)調節原料硅鋁比來(lái)合成高硅或低硅的產(chǎn)物,如高硅LTA分子篩、低硅ZSM-5分子篩等超出正常硅鋁比范圍的產(chǎn)物是很難合成的。另外,終產(chǎn)物中得到的硅鋁比往往低于原始投料的硅鋁比,這是因為OH-溶解硅物種,使鋁物種幾乎全部進(jìn)入骨架,母液中留下的是可溶的多余的硅。
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 )影響水在反應釜中的壓力的變化、硅鋁酸鹽的聚合狀態(tài)和聚合反應、凝膠的生成和溶解與轉變、分子篩的成核與生長(cháng)以及介穩相間的轉晶。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,晶體骨架密度相應增大。一般而言在150 °C以下,初級結構往往是四元環(huán)或六元環(huán),而當溫度150 °C,則往往是五元環(huán)的初級結構單元。由此可見(jiàn),在高溫水熱條件下,無(wú)機物(主要是硅鋁酸鹽物種)的造孔規律和晶化溫度與水蒸汽壓之間存在著(zhù)密切的聯(lián)系。
晶化時(shí)間往往也是分子篩合成的一個(gè)重要因素。晶化時(shí)間不夠常常會(huì )有大量的原料未轉化,時(shí)間過(guò)長(cháng),往往會(huì )發(fā)生晶體轉晶的現象,一般由比較空曠的結構轉化為比較致密的結構。晶化時(shí)間與晶化溫度往往是相輔相成的,降低溫度,就要增加晶化時(shí)間;升高溫度,有時(shí)就要縮短晶化時(shí)間。
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