沸石分子筛绿色高效合成的研究进展

背景介绍沸石分子筛是一类多孔材料，因其具有有序的孔道结构、高的水热稳定性以及独特的催化活性，作为一种优异的固体催化剂广泛应用于化学工业中。沸石分子筛在制备过程需要使用含硅、铝的化工原料以及价格昂贵且有毒害的有机模板剂。投入使用前需要通过煅烧去除有机模板剂，不但会产生污染环境的NOX化合物与温室气体CO2，而且会提高分子筛的合成成本。此外，沸石分子筛的晶化时间长达数天，造成极大能源损耗。因此，如何绿色高效地合成沸石分子筛材料意义重大。文章亮点1.

从合成原料和合成方法两方面对当前沸石分子筛材料绿色合成的最新进展进行介绍；2.

就沸石分子筛材料绿色合成过程中存在的问题进行讨论，并对其未来发展进行展望。内容介绍1合成原料研究人员致力于寻求更为经济，且对环境更加友好的绿色合成原料，其中包括天然矿物以及有机模板剂绿色化的使用进程。天然矿物中，高岭土与硅藻土应用最为广泛；有机模板剂绿色化使用进程包含了廉价有机模板剂的使用、低毒有机模板剂的应用以及有机模板剂的循环利用，下面对这几种合成原料进行详细介绍。1.1

高岭土1.2

硅藻土1.3

有机模板剂2合成方法2.1

羟基自由基辅助合成羟基自由基（•OH）是一种具有强氧化性与高活性的物质。研究发现在分子筛的水热合成体系中存在•OH，可有效促进硅铝酸盐初始凝胶中Si-O-Si键的解聚和聚合，从而缩短分子筛晶化时间，减少能源消耗。在低温下（70

℃），通过紫外辐射辅助，Silicalite-1的晶化时间缩短了20%。将•OH引入合成体系中取代氢氧根阴离子可以显著加速分子筛晶化过程，并降低合成体系中碱性物质及有机模板剂的用量。为分子筛材料绿色、高效地制备提供了一种新的思路。2.2

微波辅助合成上世纪70年代，微波辅助合成逐渐走入大众视野。研究发现，与传统水热合成相比，微波辅助合成可以使微晶快速成核，加速反应凝胶的溶解。微波辅助合成还可将能量迅速地转移到反应体系中，使结晶速度显著增快。2.3

无有机模板剂合成上世纪80年代，无有机模板剂合成沸石分子筛成为研究重点。首次在无有机模板剂的条件下，直接以水玻璃、硫酸铝、硫酸为原料合成ZSM-5分子筛，打开了无有机模板剂合成路线的大门。首次使用L晶种导向液法成功合成出ZSM-34分子筛，为无有机模板剂合成硅铝酸盐分子筛开辟出全新的道路。晶种导向液是指含有分子筛次级结构单元的前驱溶液，将其引入分子筛合成体系中可在水热条件下提高分子筛的结晶度与纯度，同时显著地缩短分子筛的反应时间。2.4

无溶剂合成早在上世纪80年代，有机化学家就认为在无溶剂条件下，将粉末状反应物直接混合反应可更有效地获得产物。近年来随着研究的深入，无溶剂合成法已被引入到沸石分子筛的制备中。2.5

离子热合成传统沸石分子筛的制备往往是在大量溶剂存在条件下进行，溶剂在高温条件下产生压力被认为是分子筛合成的关键因素。3结语当前，沸石分子筛的制备技术已非常成熟。合成原料及合成方法的选择都是影响分子筛制备的重要因素。使用天然矿物及工业原料合成沸石分子筛更加绿色环保、价格低廉，但需要对矿物进行预处理，操作复杂且消耗更高能源，同时部分原料合成分子筛存在结晶度低、纯度低等问题；无溶剂法很好地利用了高压反应釜有限地空间，减小反应过程中压强，但往往需要使用到有机模板剂或是有机醇类等；晶种法和晶种导向液法可缩短晶化时间，抑制杂相产生且无需使用有机模板剂，但往往需要在水热条件下合成；羟基自由基辅助合成可以缩短合成时间节约能源，但通常需要水作溶剂促进自由基产生；微波辅助合成同样可以提高合成效率并节约能源，但是微波辐射不