微波L沸石翻译1

1、微波辅助水热合成陶瓷为载体的分子筛薄膜摘要：沸石薄膜上是以陶瓷为载体通过一种新型微波辅助水热方法来形成的，并用X射线衍射仪，扫描电镜，红外光谱和比表面积来检测。两个阶段合成技术由以下过程组成，微波加热载以先前的饱和溶液，从而形成一层薄薄的纳米沸石晶种，接着通过热液处理结晶成MFI沸石。由此产生的沸石形成的时间大大减少并且比表面积增大1倍，通过采用传统的水热合成方法。浸渍时间，微波加热时间，强度和水加热时间影响着沸石形成的多少，沸石薄膜的比表面积和择优取向。这种使用简单的家用微波炉薄膜成长的新方法拥有两个阶段的合成技术的优势，允许独立控制晶核形成和结晶化来获得最优薄膜和减少合成时间。1前言 载以

2、无机物的沸石薄膜相对于大部分沸石有几个优势，因而被用于应用如吸附剂，催化剂，膜和传感器1，2。对带有MFI结构的沸石薄膜做了大量工作，如硅质岩- 1和ZSM - 5分子筛，因为其广泛的应用于选择性气体分离，烃吸附，脱氮催化剂等。沸石薄膜的配制通过原位晶化在载体水热条件下导致强的分界面由于化学键，因此许多方法包括湿水，干凝胶转换等已开发出来 3 。一个最近所报道的方法，晶种薄膜的方法，弹性灵活的控制核， 播种和生长，并通过控制晶种大小和密度，最终目标的薄膜应可能那个是多种多样的。这种方法牵涉到最初吸附在基层表面的沸石晶种，这是后来发展到沸石晶体通过水热处理4。常用的陶瓷载体是氧化铝（-氧化铝）圆

3、盘或管，但多渠道单路蜂窝基板有较高的几何表面积和低反压优势。沸石薄膜为脱氮应用在堇青（Mg2Al4Si5O18）蜂窝状基底上通过传统的水热法制备5。在水蒸气下的原位结晶已被用来避免长时间基板浸在碱性溶液中 6 。硼的ZSM-5膜在氧化铝涂层碳化硅蜂窝群上制备通过原位水热合成法7。所有这些制备方法用水热处理24至72小时，但形成一个统一的沸石膜在巨大的多孔蜂窝载体上仍然难以实现。合成沸石A，X，Y和ZSM - 5分子筛通过微波加热（MH）相对于传统供热（甲烷）有优势，它促进更快的结晶，形成更小的晶粒尺寸和通过缩短合成时间来避免不想要的反应阶段 8-12 。据报道通过微波加热在制备沸石薄膜上有些工

4、作正在进行，其中大部分是磷酸铝 13 和沸石A14 15用氧化铝载体。合成沸石A，X，Y和ZSM - 5分子筛通过微波加热（MH）相对于传统供热（甲烷）有优势，它促进更快的结晶，形成更小的晶粒尺寸和通过缩短合成时间来避免不想要的反应阶段 8-12 。据报道通过微波加热在制备沸石薄膜上有些工作正在进行，其中大部分是磷酸铝 13 和沸石A14 15用氧化铝载体。此微波加热制备的ZSM - 5分子筛需要一个专门的微波蒸煮系统，在这系统中高压釜位于带有压力控制器和以维持温度的光学温度传感器的微波腔里。用国内微波炉制备ZSM-5分子筛是非常困难的，因为难以实现和维持的必要的高温（150-175摄氏度）。

5、过热将导致样品降解。一种使用简单的家用微波炉制备沸石薄膜的新方法被开发出来，它用两个阶段合成方法。微波加热（MH）曾用于形成一个含有沸石的晶种纳米粒子的薄层，这也作为成核位置。然后在这些晶核上利用水热处理培育MFI晶体。此方法的主要优点是：制备在蜂窝体上的沸石膜期限短，且产生良好的表面覆盖范围。我们提到这个方法，微波辅助原位结晶（MAIC）。这种方法在这里被描述，关系到沸石膜的形成机制的微波加热时间，强度，水热加热时间等影响因素进行了讨论。2实验方法2.1.制备沸石膜陶瓷载体是堇青石（Mg2Al4Si5O18）蜂窝体和氧化铝（-氧化铝）圆盘。那个堇青石蜂窝体（BHEL，印度班加罗尔）细胞密度为

6、每平方英寸400细胞（cpsi ），壁厚度为0.17毫米，孔隙率35。氧化铝圆盘是20毫米直径和2毫米厚度，不同孔隙度（ 0至50 ）。初期形成的沸石溶液是从硅溶胶（30，日产化学品，日本）制备和MH氧化四丙基胺（TPAOH，和光纯化学品，日本）。初期形成的溶液二氧化硅：TPAOH：水的摩尔比= 100:10:1800在室温下搅拌3小时制备得到。那个基样品在前驱体溶液中浸渍2小时，从溶液中移出，并小心的吹走超出表面的多余部分。沸石膜的合成进行了两个阶段，微波加热（MH）和水热处理（羟色胺） 。在水热处理阶段，带有沸石前体的蜂窝体样品被放置在一个聚四氟乙烯密封的容器中并在国内的微波烤箱中加热（2

7、.45千兆赫， 800瓦） 2至15分钟。全功率用在大多数的实验，但少数试验25和50的功率也进行了。对于水热处理，微波加热样品被放置在内衬聚四氟乙烯的高压釜内，它填满了前驱溶液，以覆盖基板（60 到70 体积的容器），并在常规烤箱150 摄氏度下加热3至24小时。经过灭菌后，在超声波中用蒸馏水对样品进行了清洗10分钟，以消除任何松散的结合涂料，尤其是在蜂窝的角落里。后在110摄氏度干燥1天，样品在600 摄氏度煅烧2小时以除去样品离子。该煅烧样品再次以蒸馏水在超声波浴里冲洗10分钟，以消除煅烧过程中任何脱除的厚涂层。相比之下，在蜂窝基板上的沸石薄膜通过传统的水热法制备在类似的条件下。这些样品

8、被指定为甲烷，而样本制备的两个阶段，微波辅助原位晶化法被称为MAIC。2.2.表征和测试 沸石的形成证实了X -射线衍射（ X射线衍射；Geigerflex ，理学，日本）。傅立叶转换红外光谱法（FTIR）通过溴化钾方法测试用红外光谱仪（红外8200PC，岛津，日本）。载体沸石膜的多孔特性通过BET法所确定从氮气天然气吸附和解吸等温线在77K下使用Autosorb-I仪器（ Quantachrome ，美国）。载体沸石薄膜的微观结构利用扫描电子显微镜观察（SEM的S-2050年，日立公司，日本）。3 .结果和讨论3.1 .ZSM-5的形成：水热处理时间的影响在150 摄氏度下堇青石蜂窝体上形成

9、的该ZSM-5薄膜（MFI）的X射线衍射图谱通过MAIC在不同水热处理时间下图1中显示。ZSM-5分子筛峰4.5 h 后被清楚地观察，6小时后被沸石膜完全覆盖了。堇青石峰强度随着水热处理时间的增加而逐渐降低，6小时后几乎消失在MAIC样品中，并且在24小时后消失在甲烷样品中。这反映了越来越多的沸石在堇青石表面逐步形成;在MAIC样品中的沸石形成比例的速度远远超过在甲烷样品中。在12小时内沸石的形成MAIC样品因此相当于24小时后的甲烷样品。形成于MAIC样品中的一定数量的沸石所确定的重量改变的量度为3 后在3小时后，11 在后，18 在6小时后， 22 在12小时后和30 在24小时后。这大约

10、为在甲烷样品中的2倍大。X射线衍射峰说明以择优取向（ 020 ），这在由薄膜组成的MFI晶体是很大的方面。最大的方向在MAIC样品中12小时后被观察，但这一择优取向在24小时后的样品中降低，其中薄膜变厚了。图.2扫描电镜显示了沸石膜形成在蜂窝状基底，带有典型的六角形柱状形态的结晶好的MFI晶体（10 × 20微米）完全覆盖了基底。该板状晶体主要是面向其面临较大的表面，图.2A所示为6小时处理样品中。图2b干扰素表明，带有沸石晶体的样品横截面形成在一个角落的蜂窝体。一个非常统一的约60-75微米的厚度的薄膜，增加至约75至100微米在角落的蜂窝体由于更大的附属沸石晶体在这一领域内获得。

11、MAIC样品的红外光谱显示的分配到MFI的特征吸收峰在450 和550厘米- 1。比较动力学沸石的形成和一定数量的沸石中形成在甲烷和在BET比表面积数据的MAIC方法是最好被理解的。 图.3显示了在BET比表面积（SSA ）的样品的变化在不同的水热处理时间下的MAIC和甲烷样品。该MAIC样品展示SSA的价值,这比那些SSA的甲烷样品增加一倍以上。SSA在MAIC中急剧增加在6小时反应后，由于反应非常好地被沸石膜覆盖。随后在SSA价值从6至24小时有一个小幅的增加。那个24小时MAIC样品的SSA是141平方米/克。在甲烷样品，SSA只显示逐步增加最多24小时甚至24小时后的SSA只有77平方

12、米/克。那个MAIC样品中的更高SSA价值归因于数量更大的沸石膜和良好沸石结晶在多孔基板上的表面形成。相比之下，被沸石完全覆盖是很难实现的在甲烷样品中。准备的样品（ MAIC ）的孔隙粒度分布通过大于6小时的水热处理只显示微孔和没有孔。然而甲烷样品处理达到12小时显示有些孔隙或微孔。3.2 .MH时间和强度的影响微波加热时间和强度的影响在MH进行了分析通过比较所有的样品在水热处理150 摄氏度12个小时后。图.4 （一）显示了准备样品的X射线衍射峰通过MH方法在不同的时间100 功率下，然后水热处理12小时150 摄氏度下。在ZSM - 5分子筛的峰值强度随MH的时间的增加而增大，15分钟后观

13、察完全覆盖下的峰。观察到首选方向的峰的增加随MH时间的增加而增加最多10分钟内。这表明首选方向（020）的薄膜随MH时间的增加而增加，并在10分钟内大达到一个最大值，但由于更厚薄膜的形成15分钟后会下降。因此，10分钟的MH时间被用在所有的进一步试验中。此MH功率也影响了沸石峰值强度和方向（图4 （二）。在ZSM - 5分子筛显示少峰定位在25和50的功率，但更大程度的择优取向在100功率。在SSA MH时间和功率的变化在图.5显示。在SSA上的MH处理的影响不显着最多在2分钟内。上述2分钟，SSA随MH时间的增加而增加。这可能意味着微波烤箱2分钟内必然的达到最高温度。大于5分钟的微波加热细胞

14、核开始形成，随MH时间的增加生产出更多的沸石晶体。在MH功率50内SSA也随MH功率的增加而增加，但在50以上时逐步减弱。较高功率产生较高的温度，导致较大的沸石晶体的形成。在25，50和100 功率下温度分别间接被测量为80-85 ， 95-100 ， 100-110摄氏度。更高的成核温度产生较大的较小数目的核并导致更大的沸石晶体的形成。这是在最大MH功率下更大程度的形成沸石和更大的择优取向的原因。相比之下，增加MH时间导致更多原子核的形成，从而导致组成规模较小，密度较大结晶的沸石膜的形成。因此，在MAIC法下它应该有可能控制载体上沸石膜的形态通过控制MH的时间和功率，如同晶种薄膜方法 4 。

15、大多数上述实验进行了完全饱和带有先驱物载体的多孔蜂窝在MH处理前。这样浸渍载体2小时，以致最大装载的孔隙会导致最大数量沸石细胞核和最大数量的沸石膜的形成。因此，获得厚膜（厚度为75至100 微米），这是很好的应用不同于分离。为了薄膜的形成，薄膜应该被薄，最好只限于沸石细胞层面。当大孔型的载体被使用时，沸石也在孔隙中形成，并减少了流量。为了避免这种情况，或形成一个中间膜孔 7 或使用掩蔽方法 16 如有必要。浸渍时间的影响经研究来确定是否有可能控制在孔隙中里形成沸石。蜂窝基板浸渍在前驱溶液36秒， 12分钟， 1小时及2小时和微波加热10分钟后150 摄氏度下水热处理12个小时。图.6显示了浸渍

16、时间对SSA的影响。浸渍时间为0指的是样本没有经过MH处理（CH方法）。当浸渍时间从0增加到36秒时SSA增加，这表明最小数目的沸石分子筛细胞核加强形成。样本浸渍时间在36秒和12分钟时差异很小，但SSA增加在1小时浸渍样品中，因为更大量的先驱物填补了孔隙。浸2小时进一步增加SSA，但程度更浅了，这表明浸满所有的孔隙发生了在2小时内。这个厚度控制是唯一可能带有MAIC但不带有甲烷，除非使用掩蔽技术 16 。在MAIC 法，含有沸石细胞核的薄层，其中形成于表面的气孔作为屏障防止先驱物填补孔隙，并造成沸石主要结晶在基板上的表面。本实验给予了这一机制的表示，它可以通过详细的渗透实验被进一步探讨。在氧

17、化铝圆盘合成沸石膜合成ZSM - 5沸石在不同孔隙度（0，20，40和50）的 -氧化铝的圆盘已通过X成功实现并证实。通过MAIC （微波加热时间15分钟和水热加热时间的12小时）和CH方法沸石膜都可形成。一定数量的沸石形成并用X强度测量，并比较找出孔隙度的影响。图7显示一定数量的沸石通过MAIC和CH法在不同孔隙率的氧化铝基板上形成。CH和MAIC法一定数量的沸石都随孔隙增加而增加。由于影响增加在零孔隙度下为1.3倍，和1.5 倍50 孔隙度下。该X射线衍射峰强度比也显示了这一趋势。基本上获得相同程度的增加在所有孔隙率水平下，这表明微波效应在孔隙度影响下占主导地位。.薄膜机制的形成通过MAI

18、C方法在多孔载体上更快和广泛沸石膜形成被建议起因于以下机制：（）在MH下具有较高浓度的沸石前体的饱和孔隙增加了形成于水热处理后的沸石数目。这取决于基板孔隙度和浸渍时间。（2）在MH下细胞核或纳米级的晶种的形成有利于分子筛的快速形成。这取决于MH时间和功率。这些纳米级核填补了基板孔隙和提供了核位置或晶种。因此，MH的步骤可以被视为核阶段。在第二阶段（水热处理），细胞核成长并形成MFI晶体，因此这是结晶阶段。在这一阶段，新的核也形成遍布于整个溶液中，但主要是在基体上，增加了薄膜厚度。成核是一个持续的过程，但如果它完成于MH阶段（如10分钟加热在100 功率下），第二现阶段主要是结晶，类似于两个阶段硅质- 1的合成 4 的报告。在传统方法下，成核和结晶