介孔LTA沸石的合成与表征

介孔沸石具有介孔和微孔双模型孔分布,由于结合了结晶沸石的强酸性和高水热稳定性与介孔材料所具有的大分子物质快速扩散性能,介孔沸石的合成已经成为当前研究的热点。沸石晶体中介孔的生成缩短了反应物与产物的晶内扩散路径,消除了沸石(孔径为0.3-1.5nm)对反应物与产物分子的扩散限制,从而提高了反应速率与产物选择性。由于传质速率与催化性能的提高,介孔沸石已经吸引了越来越多的注意力,并普遍认为它是 一类具有潜在工业应用前景的催化材料。通过硬模板或软模板法已经成功合成孔壁高度晶化的介孔沸石。然而常规介孔沸石的介孔孔径太大(通常大于10nm),相应的介孔孔径分布太宽(半峰宽大于10nm),以致于介孔结构的调节受到限制,缺乏强酸性与高水热稳定性。 为了解决常规介孔沸石介孔孔径太大并且介孔孔径分布过宽从而导致酸强度与水热稳定性较差的技术问题,本论文以桥联倍半硅氧烷为介孔结构导向剂成功合成具有小而规整的晶内介孔且孔径分布集中的介孔LTA沸石。采用XRD、N2吸附、SEM、TEM表征手段对介孔LTA沸石进行表征,得到如下结论： (1)随着桥联倍半硅氧烷量的增加,样品的高角度LTA衍射峰强度逐渐减弱,峰形逐渐变宽,直至衍射峰几乎消失。说明样品的纳米化程度随桥联倍半硅氧烷量的增加而增高。而且样品在20=1.3°出现了明显的低角度X射线衍射峰,且随桥联倍半硅氧烷量的增加衍射峰强度逐渐增强,表明生成均匀规整的介孔孔道且规整性逐渐增强。 (2)所合成样品的N2吸附-脱附等温线属于介孔材料特有的典型的Ⅳ型等温线。从相应的样品的BJH孔径分布曲线可以看出样品孔径集中分布在2.0nm左右,且最大半峰宽约为1.5nm,表明所合成样品具有规整的晶内介孔。而且介孔孔径与桥联倍半硅氧烷的分子大小大体一致,表明起模板剂作用的是桥联倍半硅氧烷分子,而不是聚合物或胶束。样品的比表面积和孔容随桥联倍半硅氧烷量的增加而逐渐增大,且分别可高达257.498m2g-1、0.162cm3g-1。 (3)从介孔LTA沸石的低分辨率SEM图像可以得到介孔LTA沸石是具有粗糙表面的规整的球形颗粒,且粒径大小集中分布在700-800nm范围内。另外,高分辨率SEM图像清晰地揭示了介孔LTA沸石颗粒存在短程相连的规整的晶内介孔。 (4)高分辨率TEM图像表明介孔LTA沸石颗粒具有发达的介孔结构,短程相连的介孔无序的遍布于整个颗粒中。而且还可以观察到晶内介孔的孔径集中分布在2nm左右,与明显的低角度XRD峰和由氮吸附分析中得到的集中的孔径分布相一致。 总之,本论文以桥联倍半硅氧烷为介孔结构导向剂成功合成具有小而规整的晶内介孔(平均孔径为2nm左右)和介孔孔径集中分布(最大半峰宽约为1.5nm)的介孔LTA沸石。由于其具有较大的BET比表面积与介孔孔容,规整且短程相连的晶内介孔和介孔孔径分布集中等优越的结构性能,此类介孔沸石在催化、吸附与分离等领域具有广阔的应用前景。