Cơ chế tổng hợp sàng phân tử Zeolit

Nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế hình thành và phát triển của rây phân tử zeolit ​​sẽ giúp con người thiết kế và tổng hợp tốt hơn các cấu trúc tôpô rây phân tử zeolit ​​mới, mở rộng các hướng mới để tổng hợp vật liệu rây phân tử zeolit, đồng thời phát triển các tính chất mới và ứng dụng mới của phân tử zeolit. vật liệu sàng. Mặc dù sàng phân tử zeolite đã được phát triển trong nhiều năm nhưng vẫn chưa có kết luận thực sự nào về cơ chế tổng hợp của nó. Nghiên cứu cơ chế kết tinh của sàng phân tử có ý nghĩa lớn về mặt lý thuyết và còn có ý nghĩa định hướng thực tiễn cho việc tổng hợp các sàng phân tử zeolit ​​mới. Hiện nay, các cơ chế tiêu biểu nhất là cơ chế biến đổi pha rắn (Cơ chế biến đổi hydrogel rắn), cơ chế biến đổi pha lỏng (Cơ chế vận chuyển qua trung gian dung dịch) và cơ chế biến đổi pha kép.
Cơ chế chuyển pha rắn
Cơ chế biến đổi pha rắn lần đầu tiên được đề xuất bởi Flanigen và Breck, và đây cũng là cơ chế kết tinh sàng phân tử zeolit ​​được đề xuất sớm nhất. Họ tin rằng:
Trong toàn bộ quá trình kết tinh của rây phân tử zeolit, chỉ có pha rắn gel được tạo ra trong điều kiện thủy nhiệt, sau đó cấu trúc của bộ xương aluminosilicate được sắp xếp lại trực tiếp, dẫn đến sự tạo mầm và phát triển tinh thể của rây phân tử zeolit. Trong quá trình kết tinh của rây phân tử zeolit, không có sự hòa tan pha rắn gel cũng như không có sự tham gia trực tiếp của pha lỏng vào quá trình tạo mầm và phát triển tinh thể của rây phân tử zeolit.
Đầu tiên, sau khi trộn các nguyên liệu thô khác nhau cần thiết cho quá trình tổng hợp rây phân tử zeolite, các loại silicat và aluminate chính sẽ trùng hợp để tạo thành gel aluminosilicate ban đầu. Đồng thời, mặc dù pha lỏng giữa các gel cũng được tạo ra nhưng pha lỏng không tham gia vào quá trình kết tinh và tạo mầm. Thứ hai, gel aluminosilicate ban đầu được hình thành sẽ liên tục bị khử polyme và sắp xếp lại dưới tác dụng của các ion OH-, từ đó hình thành các đơn vị cấu trúc chính cần thiết cho quá trình kết tinh của một số zeolit ​​nhất định. Cuối cùng, các đơn vị cấu trúc sơ cấp này được sắp xếp lại xung quanh các cation ngậm nước để tạo thành các khối đa diện, sau đó được polyme hóa, kết nối và tạo thành các tinh thể rây phân tử zeolit.
Vào những năm 1970, các nhà khoa học Hà Lan Mcnicol et al. đã sử dụng phương pháp quang phổ phân tử để theo dõi toàn bộ quá trình kết tinh của sàng phân tử zeolite LTA, từ đó cung cấp đủ bằng chứng thực nghiệm cho cơ chế chuyển pha rắn. Vào những năm 1990, phương pháp tổng hợp chuyển đổi gel khô được đề xuất cũng bổ sung thêm một ví dụ cho cơ chế chuyển pha rắn. Ngoài ra, phương pháp tổng hợp pha rắn không dung môi được đề xuất được phát triển trong những năm gần đây cũng cung cấp bằng chứng tương ứng về cơ chế chuyển pha rắn ở một mức độ nhất định.