大連化物所開發出在無氟無晶種條件下合成純硅分子篩新方法
【化工儀器網 項目成果】分子篩是一種人工合成的具有篩選分子作用的水合硅鋁酸鹽(泡沸石)或天然沸石。在結構上，分子篩有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴，不同孔徑的分子篩把不同大小和形狀分子分開。分子篩附能力高、選擇性強、耐高溫。廣泛用于有機化工和石油化工，也是煤氣脫水的優良吸附劑。
純硅分子篩在吸附、分離和催化等石油化工行業具有潛在的應用價值，性能與它的微觀晶體結構密切相關。在傳統水熱合成中，純硅分子篩的結晶時間較長，往往需要使用有毒氟化物、復雜后處理的脫鋁晶種、含氟合成的純硅晶種等。這些問題帶來了一系列環境和經濟方面的挑戰，限制了純硅分子篩的廣泛應用。
近日，中國科學院大連化學物理研究所低碳催化與工程研究部研究員郭鵬和中國工程院院士劉中民團隊，基于對分子篩微觀結構的認知，開發出在無氟無晶種條件下合成純硅分子篩的新方法。
研究團隊聚焦電子晶體學(包括三維電子衍射和高分辨成像技術)和X-射線晶體學，針對多孔材料結構解析、酸性位點、吸附位點、有機結構導向劑的落位，開展了系統性的研究工作。本工作通過運用上述先進表征手段，剖析了氟離子在純硅分子篩中穩定特定結構單元的導向機制，開發了一種在無氟無晶種條件下合成純硅分子篩的通用新方法，并命名為“有機結構導向劑不適配法”(OSDA-Mismatch)。該方法利用富含四元環的SOD型純硅分子篩作為硅源，選取與其結構不適配的有機結構導向劑(OSDA)，快速地合成具有CHA、*BEA、EUO、SFF、STF、-SVR、*-SVY等拓撲結構的純硅分子篩目標產物，解決了傳統氟體系水熱合成純硅分子篩帶來的環境問題和經濟問題。同時，科研人員運用三維電子衍射和高分辨成像等技術，探究了CHA和*BEA兩種重要純硅分子篩的結晶機理。研究發現，通過OSDA-Mismatch方法合成的純硅CHA分子篩具有丙烷/丙烯分離性能，而純硅*BEA分子篩負載Zn物種后，可作為丙烷直接脫氫催化劑。此外，研究提出，這一方法適用于硅鋁體系，可快速合成一系列小孔分子篩。
相關研究成果Fluoride-and Seed-Free Synthesis of Pure-Silica Zeolite Adsorbent and Matrix Using OSDA-Mismatch Approach于近日發表在《美國化學會志》(JACS)上。
參考來源： 大連化學物理研究所
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