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纳米Y沸石合成及表征分析

发布时间:2020-01-13     浏览次数:93

沸石分子筛是一类微孔硅铝酸盐晶体,其骨架由硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)按不同的方式连接而成。由于具有规则的孔道结构、大的比表面积、优异的热和水热稳定性、丰富的酸性中心以及多种可交换的阳离子等性质,沸石分子筛已被广泛用于催化、吸附与分离、离子交换等领域。传统的沸石分子筛通常是在水热或溶剂热条件下,由含有无机(碱金属氢氧化物)或有机(季铵碱)结构导向剂的无定型硅铝酸盐凝胶晶化而成,改变结构导向剂往往可以改变所得沸石分子筛的结构类型,因此使用结构新颖的季铵碱已成为开发新沸石分子筛结构类型的重要手段,特别是在合成一些具有大环(12元环)和超大环(>12元环)孔道结构的分子筛时,往往需要使用合成过程复杂、价格昂贵的有机结构导向剂。使用有机结构导向剂不但增加了分子筛的合成成本,还在焙烧去除有机物的过程中产生氮氧化物等有害气体,并且一些有机结构导向剂还具有一定的毒性,这在一定程度上限制了新开发沸石分子筛进一步在工业上的应用。

纳米沸石因其晶粒微小,比表面积尤其是外表面积明显增加,表面原子数与体积原子数之比急剧增大,孔道缩短,外露孔口增多,从而使纳米沸石具有更高的反应活性和表面能,表现出显著的体积效应和表面效应。目前,纳米沸石被广泛应用于环保、石油化工及建材等领域。如纳米ZSM-5沸石吸附性良好,催化性能高,是一种重要择形催化剂;纳米TS-1沸石因选择氧化性而备受关注;纳米β沸石酸催化性能、结构选择性高而成为一种优良的吸附催化剂;而纳米Y沸石具有天热矿物八面沸石的骨架结构。就成分而言,骨架主要由硅氧四面体和铝氧四面体单元组成,而从结构观察,硅氧四面体和铝氧四面体是通过氧桥构成β笼,各β笼通过十二元环沿三个晶轴方向贯通而成,形成一个骨架中含有超笼的三维孔道体系。正是这样独特的结构使纳米Y沸石具有吸附分离性强、催化活性高、对产物选择性强等特点,也使其逐渐发展成为一类新型的吸附剂、催化剂。

合成的纳米Y沸石平均粒径约为200nm,颗粒均匀,属纳米材料,其比表面积为484.24m2/g,孔容为0.86cm3/g。合成的纳米Y沸石具有明显的Y型沸石特征谱带,如1101.74cm-1处的TO4(Si或Al)内部联结反对称伸缩振动谱带,729.89处的TO(4Si或Al)外部联结和659.43cm-1处的内部联结对称伸缩振动谱带。合成的纳米Y沸石对氨气具有很好的吸附效果,去除率可以达到93%。根据纳米Y沸石吸附氨气前后的红外谱图可知,纳米Y沸石对氨气的吸附作用属于物理吸附。