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多级孔沸石分子筛结构的稳定性

做分子筛的物质,它们可以将混合物中的分子按其大小加以筛分。当前,分子筛是由沸石进行人工合成的,其主要是呈现出粉末状的固体,具有一定光泽。一般来说,合成沸石基本呈白色,在化学结构上,分子筛是一种结晶型的硅铝酸盐,其晶体结构中具有许多空穴,空穴之间有孔道(又称窗口)相连,凡直径比孔径小的“瘦”分子可以通过窗口进入空穴,而直径大于孔径的“胖”分子就只能被挡在窗口外面“望筛兴叹”。

传统沸石分子筛的制备与弊端

沸石分子筛因其特有的强酸性和高稳定性,广泛应用于吸附分离、石油化工等领域,已经产生了巨大的经济效益。传统的微孔沸石分子筛因其较小的孔道(<1nm)影响了反应物和产物的扩散,导致碳沉积等现象,使催化反应的活性大大降低,限制了其对大分子的催化反应的应用。

故合成出具有较大孔道结构的多级孔沸石分子筛,使材料同时具有微孔沸石晶体和介孔材料的优点是目前多孔材料化学研究的重要课题之一。但是从整体来看,其存在硬模板和无机前驱体作用力较弱等原因,容易出现相分离等现象。软模板法在合成体系中引入有机硅烷、表面活性剂和水溶性聚合物等,可以很好的形成均一体系,但存在着成本偏高和环境污染等问题。

聚合物双功能模板的设计

殷成阳等研究人员提出了一种表面活性剂模板的自组装能力有利于介观结构的形成,但牺牲了沸石框架中长程结构的有序性。而制备无序介孔的沸石大单晶,需要模板分子之间的相互作用***小化,如选用非表面活性剂聚合物为模板。制备无序介孔沸石的聚合物并不是传统意义上的模板,只是充当“造孔剂”来产生介孔孔隙,不具有引导明确的介观结构形成的功能。在石油转化和精炼的潜在应用背景下,介孔结构的有序性并不是很重要,但催化剂稳定性是一个关键指标,因为原子尺度上更好的结构完整性将给材料带来更大的稳定性。

沸石的结晶度和硅铝比受到合成介质中聚合物与Al2O3的摩尔比的影响。适宜的硅铝比、高比表面积、高孔容和多级孔特性对提高CO2吸附能力起着至关重要的作用。与常规Y沸石相比,多级孔Y沸石具有更高的CO2吸附容量和更高的选择性。

在实际应用中,多级孔沸石分子筛结构的稳定性,使之在工业催化中拥有更广阔的前景。虽然目前多级孔沸石分子筛的合成方法不断创新和完善,但是在合成条件的优化、廉价模板剂的选择、合成机理的探究等方面仍有大量工作要做,这些都是今后多级孔沸石分子筛的重点研究领域和发展方向。