【摘 要】
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沸石分子筛由于其独特的结构和性能在吸附、催化、分离等方面有非常广泛的应用,开发沸石分子筛绿色高效的合成路线是当前研究热点之一。利用层状硅酸盐麦羟硅钠石为硅源转晶
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沸石分子筛由于其独特的结构和性能在吸附、催化、分离等方面有非常广泛的应用,开发沸石分子筛绿色高效的合成路线是当前研究热点之一。利用层状硅酸盐麦羟硅钠石为硅源转晶制备沸石分子筛受到了研究者的关注,其相关研究也在不断拓展和创新。目前沸石分子筛的晶化机理尚不明确,导致合成具有盲目性,浪费了人力物力。研究沸石分子筛晶化机理可以为沸石的合成提供理论基础,对指导沸石的高效合成至关重要。本论文以麦羟硅钠石为硅源采用水热和固相两种方法制备出不同类型的沸石分子筛,对产物进行表征,并讨论不同因素对合成的影响。采用X-射线衍射、扫描电镜、振动光谱、固体核磁共振波谱以及质谱等手段研究了反应过程中体系内次级结构单元的变化,并根据实验结果对沸石分子筛的生长机理进行合理推断。主要研究结果如下:(1)以麦羟硅钠石为硅源分别在TMABr、TMAOH和胆碱体系中水热转晶制备了omega、Si-Nu-1以及菱沸石和omega沸石。对产物进行系统表征,讨论温度以及初始凝胶配比对合成结果的影响,总结转晶规律,对比分析三个水热合成体系的差异性。(2)利用麦羟硅钠石固相转晶法合成了 omega、Si-Nu-1和镁碱沸石,对所合成的沸石分子筛进行系统表征,讨论不同因素对合成的影响,总结转晶规律。循环利用了前驱体合成过程分离出的母液,并制备出纯相沸石。与水热转晶对比,麦羟硅钠石固相转晶法具有产率高、合成条件范围广、反应釜利用率高以及废液排放量少等特点。(3)研究了以麦羟硅钠石为硅源水热转晶制备omega、Si-Nu-1和菱沸石的晶化过程并合理推测晶化机理。发现转晶过程中麦羟硅钠石的次级结构单元会根据模板剂的种类和反应条件进行选择性保留。在TMABr体系合成omega沸石的过程中,四元环和六元环数量逐渐增多,Al原子会优先占据gme笼中六元环的位置。对于Si-Nu-1沸石的合成,双四元环起到促进其生长的重要作用。在胆碱体系中,低硅铝比条件会使麦羟硅钠石中部分六元环保留,而高硅铝比条件下,部分五元环和六元环均会保留并参与目标沸石的生长。(4)在麦羟硅钠石固相转晶制备omega、Si-Nu-1和镁碱沸石的基础上研究合成过程中次级结构单元的变化,合理推断晶化机理并讨论固相转晶相比水热转晶加热过程晶化更快的原因。前驱体合成过程中会形成组成结构单元,它们为目标沸石提供生长表面或结构基础,促进沸石的成核和生长。总结得出无论是水热转晶还是固相转晶,麦羟硅钠石中部分次级结构单元会保留并直接参与目标沸石的生长。
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