沸石分子篩綠色高效合成的研究進(jìn)展

背景介紹沸石分子篩是一類多孔材料，因其具有有序的孔道結(jié)構(gòu)、高的水熱穩(wěn)定性以及獨(dú)特的催化活性，作為一種優(yōu)異的固體催化劑廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)中。沸石分子篩在制備過程需要使用含硅、鋁的化工原料以及價格昂貴且有毒害的有機(jī)模板劑。投入使用前需要通過煅燒去除有機(jī)模板劑，不但會產(chǎn)生污染環(huán)境的NOX化合物與溫室氣體CO2，而且會提高分子篩的合成成本。此外，沸石分子篩的晶化時間長達(dá)數(shù)天，造成極大能源損耗。因此，如何綠色高效地合成沸石分子篩材料意義重大。文章亮點1.

從合成原料和合成方法兩方面對當(dāng)前沸石分子篩材料綠色合成的最新進(jìn)展進(jìn)行介紹；2.

就沸石分子篩材料綠色合成過程中存在的問題進(jìn)行討論，并對其未來發(fā)展進(jìn)行展望。內(nèi)容介紹1合成原料研究人員致力于尋求更為經(jīng)濟(jì)，且對環(huán)境更加友好的綠色合成原料，其中包括天然礦物以及有機(jī)模板劑綠色化的使用進(jìn)程。天然礦物中，高嶺土與硅藻土應(yīng)用最為廣泛；有機(jī)模板劑綠色化使用進(jìn)程包含了廉價有機(jī)模板劑的使用、低毒有機(jī)模板劑的應(yīng)用以及有機(jī)模板劑的循環(huán)利用，下面對這幾種合成原料進(jìn)行詳細(xì)介紹。1.1

高嶺土1.2

硅藻土1.3

有機(jī)模板劑2合成方法2.1

羥基自由基輔助合成羥基自由基（?OH）是一種具有強(qiáng)氧化性與高活性的物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)在分子篩的水熱合成體系中存在?OH，可有效促進(jìn)硅鋁酸鹽初始凝膠中Si-O-Si鍵的解聚和聚合，從而縮短分子篩晶化時間，減少能源消耗。在低溫下（70

℃），通過紫外輻射輔助，Silicalite-1的晶化時間縮短了20%。將?OH引入合成體系中取代氫氧根陰離子可以顯著加速分子篩晶化過程，并降低合成體系中堿性物質(zhì)及有機(jī)模板劑的用量。為分子篩材料綠色、高效地制備提供了一種新的思路。2.2

微波輔助合成上世紀(jì)70年代，微波輔助合成逐漸走入大眾視野。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)水熱合成相比，微波輔助合成可以使微晶快速成核，加速反應(yīng)凝膠的溶解。微波輔助合成還可將能量迅速地轉(zhuǎn)移到反應(yīng)體系中，使結(jié)晶速度顯著增快。2.3

無有機(jī)模板劑合成上世紀(jì)80年代，無有機(jī)模板劑合成沸石分子篩成為研究重點。首次在無有機(jī)模板劑的條件下，直接以水玻璃、硫酸鋁、硫酸為原料合成ZSM-5分子篩，打開了無有機(jī)模板劑合成路線的大門。首次使用L晶種導(dǎo)向液法成功合成出ZSM-34分子篩，為無有機(jī)模板劑合成硅鋁酸鹽分子篩開辟出全新的道路。晶種導(dǎo)向液是指含有分子篩次級結(jié)構(gòu)單元的前驅(qū)溶液，將其引入分子篩合成體系中可在水熱條件下提高分子篩的結(jié)晶度與純度，同時顯著地縮短分子篩的反應(yīng)時間。2.4

無溶劑合成早在上世紀(jì)80年代，有機(jī)化學(xué)家就認(rèn)為在無溶劑條件下，將粉末狀反應(yīng)物直接混合反應(yīng)可更有效地獲得產(chǎn)物。近年來隨著研究的深入，無溶劑合成法已被引入到沸石分子篩的制備中。2.5

離子熱合成傳統(tǒng)沸石分子篩的制備往往是在大量溶劑存在條件下進(jìn)行，溶劑在高溫條件下產(chǎn)生壓力被認(rèn)為是分子篩合成的關(guān)鍵因素。3結(jié)語當(dāng)前，沸石分子篩的制備技術(shù)已非常成熟。合成原料及合成方法的選擇都是影響分子篩制備的重要因素。使用天然礦物及工業(yè)原料合成沸石分子篩更加綠色環(huán)保、價格低廉，但需要對礦物進(jìn)行預(yù)處理，操作復(fù)雜且消耗更高能源，同時部分原料合成分子篩存在結(jié)晶度低、純度低等問題；無溶劑法很好地利用了高壓反應(yīng)釜有限地空間，減小反應(yīng)過程中壓強(qiáng)，但往往需要使用到有機(jī)模板劑或是有機(jī)醇類等；晶種法和晶種導(dǎo)向液法可縮短晶化時間，抑制雜相產(chǎn)生且無需使用有機(jī)模板劑，但往往需要在水熱條件下合成；羥基自由基輔助合成可以縮短合成時間節(jié)約能源，但通常需要水作溶劑促進(jìn)自由基產(chǎn)生；微波輔助合成同樣可以提高合成效率并節(jié)約能源，但是微波輻射不