硅铝沸石分子筛晶化过程再思考

doi:10.7503/cjcu20200201

摘要/Abstract

摘要：

目前针对沸石分子筛的晶化过程已经进行了大量研究, 但是近年来硅铝分子筛的合成显示其晶化过程超出了传统的沸石分子筛晶化理论, 特别表现在硅铝沸石分子筛的模板作用、水的作用以及沸石晶体之间的转化等. 本文讨论了上述作用的本质, 并通过研究模板法作用提出了无有机模板法合成硅铝沸石的策略, 通过了解水的作用提出了无溶剂法合成沸石分子筛, 通过表征沸石之间的转化过程发现不仅低骨架密度可以向高骨架密度晶体转化, 而且高骨架密度也可以向低骨架密度晶体转化.

关键词: 硅铝沸石, 沸石晶化过程, 模板作用, 水热合成

Abstract:

Despite great efforts have been performed for a long time since 1950s’， new achievements for zeolite synthesis in recent years give many examples to overstep the traditional theory for zeolite crystallization， in particular to the template effect， water role， zeolite building units， and crystal transformation in the aluminosilicate zeolites. In this review， authors systemically discuss the essence of the aforementioned factors. By investigation of template effect， it is suggested a new strategy for organotemplate-free synthesis of aluminosilicate zeolites； through understanding the role of water in the zeolite synthesis， it is designed solvent-free synthesis of zeolites； observed by crystal transformation of zeolites， it is proposed that both low to high framework density and high to low framework density could be realized.

Key words: Aluminosilicate zeolites, Zeolite crystallization process, Template effect, Hydrothermal synthesis

中图分类号:

O611

TrendMD:

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图/表 10

Fig.1 X-Ray crystallization curves of pure silica MFI zeolite synthesized with(a) and without(b) TPA+(A) and scheme for the crystallization of zeolites synthesized with organic templates(B)[22]Copyright 2017, Elsevier.

Fig.2 TEM images of Beta-SDS samples crystallized for 1, 4, 8, and 18.5 h at 140 ℃ by addition of 10.3% Beta seeds(Si/Al molar ratio: 10.2) in the starting aluminosilicate gels[23]Copyright 2011, Royal Society of Chemistry.

Fig.3 Position of ethanol adsorbing in the channel of S-1 zeolite(A) and isodensity surface colored by potential energy for ethanol in silicalite-1 zeolite(B)[35]Blue represents low potential energy/(kcal·mol-1). Copyright 2019, Wiley.

Fig.5 Representation of hydration and condensation of silica-based species in the starting and final steps for hydrothermal synthesis of zeolites

Fig.7 Investigation on the crystallization process in solvent-free synthesis of ZSM-5(A) Photographs of the samples crystallized at 0(A1), 2(A2) and 24 h(A3); (B) XRD patterns; (C) UV-Raman spectra; (D) 29Si NMR spectra of the samples crystallized at 0(a), 2(b), 10(c), 12(d), 18(e) and 24 h(f)[16].Copyright 2012, American Chemical Society.

Table 1 Framework density of zeolites and the calculated energies (kJ/mol Si) between OSDA and zeolite framework[43]

Zeolite	MFI	^*BEA	FAU	AEI
Framework density(T/1000 ?³)	17.9	15.1	12.7	14.8
Number of OSDA per unit cell	4	4	4	4
Stability energy OSDA?zeolite	4.71	-8.39	-2.02	-9.97

Table 2 Framework properties of as-synthesized SSZ-39 zeolite[43]

Zeolite	Channel size	Topological	S_BET/(m²·g^-1)	V_micro/(cm³·g^-1)
SSZ?39(AEI)	0.38 nm×0.38 nm	3-Dimensional	587	0.26

Fig.8 XRD pattern(A), SEM image(B), N2 sorption isotherm(C) and TG?DTA curves(D) of the Z?SSZ?39 zeolite sample from the transformation of ZSM?5 zeolite[43]Copyright 2019, Royal Society of Chemistry.

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