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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。
,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(wú)序度,但是這種硅鋁酸鹽凝膠中可能含有某些初級結構單元,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構和溫度息息相關(guān),隨著(zhù)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致晶核的形成,然后是沸石分子篩晶體的生長(cháng)。在沸石分子篩的成核和晶體生長(cháng)過(guò)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溶解。由于沸石晶體的溶解度小于無(wú)定形凝膠的溶解度,后結果是凝膠的完全溶解,沸石分子篩晶體的完全生長(cháng)。
Zhdanov的實(shí)驗表明,沸石分子篩晶體生長(cháng)速度與液相中多硅酸根和鋁酸根離子的濃度息息相關(guān),并且晶化過(guò)程中液相各組分濃度是不斷變化的,這些實(shí)驗結果支持了液相轉變機理。對液相轉變機理有利的證明是從液相中直接晶化沸石分子篩,Koizumi等人直接從澄清溶液中合成出了SOD,GIS、FAU等沸石分子篩。
初始凝膠的配比往往能夠決定終產(chǎn)物的類(lèi)型。初投料的反應物的不同會(huì )導致后的生成物的完全不同,如,陽(yáng)離子不同可以導致分子篩產(chǎn)物的不同,鈉離子容易導向LTA、CAN、FAU、GIS等分子篩骨架的生成;而鉀離子則容易導向LTL、CHA、ERI等類(lèi)型的分子篩骨架。即使初的反應物相同只是反應物含量有微少的差別也極有可能得到不同的物相,如堿度對分子篩合成體系的影響。另外當所有物料比例都相同,只是簡(jiǎn)單的使用不同的硅源也有可能導致分子篩晶體大小、形貌、甚至骨架類(lèi)型的改變。當我們用相圖來(lái)表述整個(gè)物料時(shí),從中可以發(fā)現許多結構只能在一個(gè)特定的區域里得到。有時(shí)由于過(guò)于多的影響因素,只能選擇一兩個(gè)變量來(lái)作圖。另外,投料時(shí)的加料順序,人為操作對于分子篩的合成也是一個(gè)影響因素。
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。
從原料的均勻混合到升溫晶化前的靜止過(guò)程,這一個(gè)階段被叫做陳化。在陳化過(guò)程中,凝膠的組成、結構都是會(huì )發(fā)生變化的,陳化過(guò)程有時(shí)甚至是緩慢的成核過(guò)程,導致分子篩生長(cháng)周期的縮短。為典型的例子是在合成FAU分子篩時(shí)使用的Y導向劑就需要所有反應物混合均勻后室溫陳化,這是因為導向劑經(jīng)過(guò)陳化產(chǎn)生了微小的沸石晶核,并且含有大量的六元環(huán)。
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