ZSM-22分子筛的水热合成是一种通过高温高压条件下的水溶液反应来制备具有TON拓扑结构分子筛的方法,以下是其详细介绍:
ZSM-22分子筛具有TON拓扑结构,骨架由SiO₄四面体和AlO₄四面体组成,包含五元环、六元环和十元环,孔口尺寸为0.45×0.54nm,骨架密度为18.1T/1000Å,晶胞单元属斜方晶系。水热合成法利用碱源和铝源在去离子水中溶解后,加入模板剂,再缓慢加入硅源形成白色凝胶,经过高温晶化、过滤、洗涤、干燥等步骤得到ZSM-22分子筛。
原料选择
硅源:常用的硅源有硅溶胶、水玻璃、气相二氧化硅、正硅酸乙酯等。硅溶胶因其颗粒分散度高且廉价易得,成为理想的硅源。
铝源:常用的铝源有硫酸铝、氧化铝、拟薄水铝石、异丙醇铝等。
碱源:碱源一般为氢氧化钾和氢氧化钠。使用氢氧化钾可以在硅铝比为20~90的范围内合成纯相的ZSM-22分子筛,使用氢氧化钠则可以在硅铝比大于90的条件下合成。
模板剂:常用的模板剂有乙二胺、1,6-己二胺、二乙基胺、1-丁胺等。模板剂在合成过程中起到结构导向和骨架电荷平衡的作用。
合成步骤
将碱源和铝源加入到去离子水中并搅拌溶解。
加入模板剂,继续搅拌。
缓慢加入硅源,剧烈搅拌一段时间后形成白色凝胶。
将凝胶转移到晶化釜中,在高温(一般为140~170℃)下晶化一段时间(一般为20~72h)。
晶化结束后的产物经过滤、洗涤、干燥,得到ZSM-22分子筛。
晶化温度与时间:晶化温度和时间是影响ZSM-22分子筛合成的重要因素。适宜的晶化温度和时间可以获得高结晶度和纯度的产品。例如,在160℃下晶化48~72h,可以合成出相对结晶度和纯度高的ZSM-22分子筛。
原料配比:原料配比对ZSM-22分子筛的合成也有重要影响。例如,凝胶中硅铝比、碱用量、模板剂用量等都需要控制在一定范围内,以获得理想的产品。
晶种添加:在合成体系中加入晶种可以诱导快速成核,提高晶化速度,并抑制杂晶的生成。但晶种的加入也可能导致晶粒尺寸变大。
动态水热合成法:通过搅拌促进固液传质,减少晶化时间,并有利于生成小晶粒。例如,采用动态水热合成法,通过加入结构导向剂,可以在较短的时间内(如20h)成功合成出结晶度良好的ZSM-22分子筛。
组合水热法:将组合化学的概念与沸石分子筛水热法结合,建立组合水热法,可以加快合成条件的筛选与优化,提高合成效率。