روش و ویژگی های تهیه الک مولکولی زئولیت از رس طبیعی سیلیس آلومینا

الک مولکولی زئولیت نوعی کریستال آلومینوسیلیکات با ساختار منافذ منظم است که به طور گسترده ای در جداسازی جذب گاز، کاتالیز صنعتی، کنترل آلودگی فلزات سنگین و دیگر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد. سنتز هیدروترمال الک های مولکولی زئولیت سنتی اغلب از محصولات شیمیایی حاوی سیلیکون و آلومینیوم و قالب های آلی به عنوان مواد اولیه استفاده می کند که نه تنها گران است، بلکه محیط زیست را نیز آلوده می کند.
در سال های اخیر با محبوبیت مفهوم «صنعت شیمیایی سبز»، رس های طبیعی سیلیکا-آلومینا مانند کائولین، مونتموریلونیت، رکتوریت، و بی سواد مزایای ذخایر فراوان و قیمت پایین را دارند. پتانسیل زیادی از خود نشان داده است، و روش های سنتز آن عمدتاً شامل روش دانه، روش فاز جامد به کمک بخار و روش بدون حلال است.
1. روش دانه
از آنجا که هولمز و همکارانش از تولید الک مولکولی ZSM-5 با خلوص بالا با کائولین طبیعی به عنوان منبع سیلیکون و الک مولکولی تجاری به عنوان کریستال دانه خبر دادند، روش کریستال دانه می تواند دوره القای سنتز را تا حد زیادی کوتاه کند، مانع تشکیل و تنظیم هترو کریستال ها شود. اثرات عالی مانند اندازه دانه، و همچنین ویژگی های فرایند سنتز سبز، عملیات ساده و راحت، هیچ عامل قالب آلی برای سنتز و تا حد زیادی کاهش هزینه تولید، در حال حاضر تبدیل به یکی از مسیرهای نماینده برای سنتز سبز از الک مولکولی زئولیت.
مکانیسم سنتز خاک رس مبتنی بر زئولیت الک مولکولی توسط کریستال دانه تمایل به مکانیسم سنتز فاز مایع, است که, دانه زئولیت تا حدی در مرحله اولیه تبلور حل به شکل قطعات کوچک با ساختار واحد اولیه از الک مولکولی زئولیت; در عین حال، آنها توسط خاک رس طبیعی سیلیس آلومینا فعال می شوند گونه های سیلیکا-آلومینا فعال تولید شده حل شده- پلی کندانس شده اند تا ژل آلومینو سیلیکات را تشکیل دهند، که به تدریج قطعات کریستال دانه را در بر خواهد گرفت، و تحت هدایت ساختاری کریستال دانه متبلور می شوند تا ساختار پوسته ای با کریستال دانه به عنوان هسته تشکیل دهند. با طولانی شدن زمان تبلور، ژل آلومینات بی شکل به تدریج واحدهای ساختاری الک مولکولی اولیه را تولید می کند که از طریق چانسورش-پلیمریزاسیون از پوسته به هسته رسوب می کنند و در نهایت پلیمرهای ژئومینر فعال تشکیل شده توسط پلیمریزاسیون رسی را تبدیل می کنند. تبدیل به یک الک مولکولی زئولیت.
​​
2. روش سنتز فاز جامد
ویژگی این فناوری این است که ماده اولیه برای سنتز الک مولکولی زئولیت در فاز بخار حلال واکنش و عامل هدایت کننده ساختار برای سنتز تبلور با استفاده از اسپیزر قرار می گیرد. در مقایسه با فرایند سنتز هیدروترمال سنتی، سیستم سنتز فاز جامد در سال های اخیر به طور گسترده ای توسط محققان برای ZSM-5، در سنتز زئولیت هایی مانند SSZ-13 و SAPO-34 مورد استفاده قرار گرفته است.
فرایند تبلور الک های مولکولی زئولیت مبتنی بر سیلیکا-آلومینا طبیعی که توسط فناوری سنتز فاز جامد تهیه می شوند، بیشتر در راستای مکانیسم تبلور دو فاز بین سنتز فاز جامد و فاز مایع است. است که در مرحله اولیه تبلور الک مولکولی زئولیت مصنوعی فاز جامد، خاک رس طبیعی سیلیس آلومینا تحت عمل دوگانه بخار آب و یون های هیدروکسید قلیایی قوی متصل به سطح ماده اولیه جامد حل می شود، و گونه های سیلیکونی و آلومینیومی فعال تولید می شوند. ، و سرب در تبلور به کریستالیت های الک مولکولی زئولیت. با طولانی شدن زمان تبلور، کریستالیت های زئولیت گونه های سیلیکونی و آلومینیومی فعال تری را از محیط اطراف خود جذب می کنند، و به تدریج به دنبال مکانیسم اسوالد تحت عمل Na+ و عوامل هدایت ساختار رشد می کنند. در محیط بخار، انتقال جرم و انتقال حرارت گونه های فعال سیلیکون و آلومینیوم در محیط اطراف هسته کریستال به شدت افزایش می یابد که نه تنها فعالیت سطح ژئوپلیمر را کاهش می دهد، بلکه قالب آلی را به راحتی به سطح ماده اولیه جامد متصل می کند. همچنین باعث ترویج depolymerization بیشتر و بازآرایی پلیمرهای ژئومینری می شود و در نتیجه سرعت رشد کریستال ها را تسریع می کند.
اگرچه تهیه الک های مولکولی زئولیت مبتنی بر خاک رس توسط فناوری سنتز فاز جامد بر ویژگی های سنتز سبز مقدار زیادی حلال مصنوعی غلبه می کند، اما عملیات سنتز واقعی بیش از حد دست و پا گیر است، فشار موجود در سیستم در طول تبلور بیش از حد بزرگ است، و محصولات سنتز مخلوط می شوند. یک سری مشکلات عملی هنوز قادر به اعمال صنعتی نیستند.
​​
3. روش بدون حلال
به منظور غلبه بر مشکلات مقدار زیادی تخلیه محلول قلیایی برای آلوده کردن محیط زیست، عملکرد کم در کتری و فشار بالای سیستم سنتز به دلیل استفاده از آب حلال در سنتز سنتی الک های مولکولی زئولیت، فناوری سنتز بدون حلال الک های مولکولی زئولیت مبتنی بر رس به وجود آمد. از آنجا که سنتز بدون حلال الک مولکولی زئولیت متعلق به برهم کنش بین حالت جامد و جامد است، هیچ حلالی در فرایند سنتز اضافه نمی شود، بنابراین مشکل تخلیه حلال و فشار سنتز ناشی از تولید زئولیت به طور کامل از بین می رود.
در حال حاضر اعتقاد بر این است که سنتز بدون حلال الک های مولکولی زئولیت مبتنی بر رس از یک مکانیسم گذار فاز جامد پیروی می کند. این است که می گویند، در فرایند تبلور زئولیت، آن را از طریق چهار مرحله از انتشار، واکنش، هسته سازی و رشد می رود. تفاوت سنتز بلور دانه هیدروترمال و سنتز فاز جامد به کمک بخار در این است که در فرایند سنتز بدون حلال الک مولکولی زئولیت، نه انحلال مواد اولیه فاز جامد وجود دارد و نه درگیری مستقیم فاز مایع در هسته سازی الک مولکولی و رشد کریستال. در فرایند سنتز زئولیت، طولانی کردن زمان سنگ زنی و افزایش قدرت سنگ زنی نه تنها می تواند شانس تماس بین مولکولی را افزایش دهد که برای انتشار خودبه خودی مولکول ها مساعد است، بلکه انرژی آزاد سطحی اجزای واکنش را نیز افزایش می دهد و در نتیجه انرژی آزاد کل سنتز زئولیت ها را افزایش می دهد. هدف. در طول فرایند تبلور، بسته به خلاء های فراوان و اختلاف گرادیان غلظت بین رابط فاز، سیلیکون فعال و گونه های آلومینیومی تولید شده توسط فعال سازی و depolymerization از سیلیکو طبیعی آلومینا خاک رس پلیمریزه، به تدریج تشکیل اولیه "هسته کریستال"، و سپس به طور مداوم چند تراکم، شکل تراکم و در نهایت ترکیب به الک مولکولی تک کریستال.