沸石分子篩蜂窩體如何制備

沸石蜂窩分子篩作為離子交換材料、吸附劑、催化劑等，在化學(xué)工業(yè)、石油化工等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著新材料領(lǐng)域和電子、信息等行業(yè)的不斷發(fā)展，其使用范圍已經(jīng)跳出傳統(tǒng)行業(yè)，在諸如新型異形分子篩吸附劑、催化劑和催化蒸餾元件、氣體和液體分離膜、氣體傳感器、非線性光學(xué)材料、熒光材料、低介電常數(shù)材料和防腐材料等方面得到應(yīng)用或具有潛在的應(yīng)用前景。因此，沸石分子篩的制備方法也越來越受到人們的關(guān)注。 

沸石分子篩傳統(tǒng)的制備方法主要包括水熱法、高溫合成法、蒸汽相體系合成法等，但隨著組合化學(xué)技術(shù)在材料領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，20世紀(jì)90年代末人們將組合化學(xué)的概念與沸石分子篩水熱法結(jié)合，建立了組合水熱法。將組合化學(xué)技術(shù)應(yīng)用到沸石分子篩水熱合成之中，加快了合成條件的篩選與優(yōu)化。除此之外，氣相轉(zhuǎn)移和干膠法等新型制備方法也被提出并應(yīng)用于實(shí)踐。

利用組合化學(xué)水熱法制備沸石分子篩，設(shè)計(jì)了一種組合反應(yīng)釜，即在圓形聚四氟乙烯片上鉆100個(gè)小孔，然后在其上、下表面分別用不銹鋼片夾緊，形成100個(gè)水熱反應(yīng)器，將不同配比的水熱合成液分別置于各反應(yīng)器中。在一定條件下，和傳統(tǒng)水熱法一樣合成沸石分子篩。他們對Na2O-Al2O3-SiO2-H2O的四組分體系進(jìn)行了考察，比較了使用傳統(tǒng)的水熱法和組合水熱法的差別，證實(shí)了組合化學(xué)的高效性和快速篩選性。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家對組合水熱法進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出易于自動(dòng)化X射線衍射測定的裝置，并用這種方法對TS-1分子篩的合成配方進(jìn)行了篩選。 組合化學(xué)水熱法在分子篩的制備和無機(jī)材料合成方面已有一定的應(yīng)用，但其應(yīng)用還很有限。

同時(shí)，要利用組合化學(xué)水熱法，具備以下特點(diǎn)：

（1）每次合成要產(chǎn)生出盡可能多的平行結(jié)果；

（2）減少每組試樣量；

（3）增加合成與表征過程中的自動(dòng)化程度；

（4）實(shí)驗(yàn)過程與計(jì)算機(jī)充分結(jié)合，提高實(shí)驗(yàn)效率

 氣相轉(zhuǎn)移法 2.1 氣相轉(zhuǎn)移法制備分子篩粉末 氣相轉(zhuǎn)移法可用于制備MFI、FER、MOR等結(jié)構(gòu)的沸石分子篩。Zhang等利用氣相轉(zhuǎn)移法合成了ZnAPO-34和SAPO-34分子篩，證明水是氣相法合成磷鋁分子篩不可缺少的組分。后來，也有人利用氣相法合成了AFI和AEI的磷鋁分子篩，驗(yàn)證了水在合成過程中的作用。在n(P2O5)/n(Al2O3)=1時(shí)，分別用三乙胺和二正丙胺與水作為模板劑合成了AlPO4-5和AlPO4-11分子篩。

用氣相轉(zhuǎn)移法合成ZSM-22沸石分子篩，分別使用三丁醇鋁和金屬鋁作為鋁源，同時(shí)對采用不同的有機(jī)胺與水作為液相部分（模板劑）進(jìn)行了考察。發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用乙二胺和水作為液相部分時(shí)，可以成功地合成ZSM-22沸石分子篩。 2.2 氣相轉(zhuǎn)移法用于分子篩成型 利用氣相轉(zhuǎn)移法制備了無支撐體的ZSM-22分子篩膜，把分子篩合成液蒸干水分形成干膠，然后干膠在一定壓力下壓制成膜，在乙二胺（EDA）和水蒸氣的作用下反應(yīng)。所得的分子篩膜在1-丁烯轉(zhuǎn)化為異丁烯的異構(gòu)化反應(yīng)中，轉(zhuǎn)化率和選擇性都很高。 用氣相法在蜂窩陶瓷上制備了ZSM-5分子篩膜，首先制備不含模板劑的ZSM-5分子篩合成液，把經(jīng)過預(yù)處理的蜂窩陶瓷在合成液中浸泡20 min，然后把蜂窩陶瓷取出后擱置在氣相反應(yīng)釜中，釜底加入一定量的正丁胺與水作為模板劑，在一定條件下制備出負(fù)載ZSM-5分子篩的蜂窩陶瓷，分子篩在蜂窩陶瓷上的負(fù)載量通過稱重法進(jìn)行計(jì)算。 

干膠法 3.1 干膠法制備分子篩粉末 干膠法可以用于合成AlPO4-5、AlPO4-11、SAPO-5和SAPO-11磷鋁分子篩。當(dāng)用干膠法制備[Al]-SSZ-31分子篩時(shí)，在相同的合成條件下，不同的n(Na2O)/n(SiO2)對合成產(chǎn)物有顯著的影響。當(dāng)n(Na2O)/n(SiO2)為0.05~0.12時(shí)，能生成純的[Al]-SSZ-31分子篩；當(dāng)n(Na2O)/n(SiO2)減小時(shí)，則生成純的MFI結(jié)構(gòu)分子篩；當(dāng)n(Na2O)/n(SiO2)增大時(shí)，生成BEA結(jié)構(gòu)分子篩。同樣的干膠組分，在不同的合成條件下得到不同結(jié)構(gòu)的分子篩，當(dāng)干膠在448K下反應(yīng)36h，得到MFI結(jié)構(gòu)分子篩；423K下反應(yīng)46h，得到BEA結(jié)構(gòu)分子篩；423K下反應(yīng)48h后，然后升溫到448K繼續(xù)反應(yīng)12h，得到[Al]-SSZ-31分子篩。Bhaumik等用干膠法合成了Si-NU-1分子篩和不含鈉、鋁的Ti-NU-1分子篩。制備時(shí)不用引入晶種或促進(jìn)劑，而且使用較少量的有機(jī)模板劑（四甲基氫氧化銨）。 3.2 干膠法用于分子篩成型 在分子篩成型方面，利用干膠法制備了無粘結(jié)劑的ZSM-5球形顆粒，把一定量的硅源、鋁源、堿金屬氫氧化物、有機(jī)模板劑和去離子水充分混合干燥后形成干膠，然后把無定形干膠在一定壓力（0.01~1MPa）下壓制成型，在水蒸氣中反應(yīng)一定時(shí)間得到ZSM-5分子篩，所得沸石分子篩具有和合成前相同的形狀。用同樣的方法制備了無粘結(jié)劑的絲光沸石和ZSM-11球形顆粒。 后來，在用干膠法制備納米沸石分子篩的基礎(chǔ)上，又制備了中空沸石分子篩小球，首先制備粒徑為20nm左右的分子篩晶體，然后在氨水的乙醇溶液中超聲處理一段時(shí)間，得到自組裝的直徑在100~300nm、壁厚為20nm左右的中空沸石分子篩球狀顆粒。