對(duì)于沸石分子篩的形成及其生長(zhǎng)機(jī)理的深入研究有助于人們更好的設(shè)計(jì)合成新型沸石分子篩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、擴(kuò)展沸石分子篩材料合成新路線、開(kāi)發(fā)沸石分子篩材料的新性質(zhì)及新用途。盡管沸石分子篩的發(fā)展已經(jīng)有許多年了,但是對(duì)于它的合成機(jī)理方面一直未有一個(gè)真正的定論。研究分子篩的晶化機(jī)理即具有十分重要的理論意義,也對(duì)合成新型的沸石分子篩合成具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。目前具有代表性的為固相轉(zhuǎn)變機(jī)理(Solid hydrogel Transformation mechanism)、液相轉(zhuǎn)變機(jī)理(Solution-mediated Transport mechanism)和雙相轉(zhuǎn)變機(jī)理這三種機(jī)理。
固相轉(zhuǎn)變機(jī)理是由Flanigen和Breck提出的,也是早提出的沸石分子篩晶化機(jī)理。他們認(rèn)為:
在沸石分子篩的整個(gè)晶化過(guò)程中只是凝膠固相本身在水熱條件下產(chǎn)生,然后直接進(jìn)行硅鋁酸鹽骨架的結(jié)構(gòu)重排,進(jìn)而導(dǎo)致了沸石分子篩的成核和晶體的生長(zhǎng),而在沸石分子篩晶化過(guò)程中既沒(méi)有凝膠固相的溶解,也并沒(méi)有液相直接來(lái)參與沸石分子篩的成核以及晶體的生長(zhǎng)。
,沸石分子篩合成所需的各種原料混合后,主要物種硅酸鹽與鋁酸鹽聚合生成硅鋁酸鹽初始凝膠。同時(shí),凝膠間液相雖然也產(chǎn)生,然而液相部分并不參與晶化成核的過(guò)程中。其次,所形成的硅鋁酸鹽初始凝膠在OH-離子的作用下卻不斷發(fā)生解聚與結(jié)構(gòu)重排,從而形成某些沸石晶化所需要的初級(jí)結(jié)構(gòu)單元。后,這些初級(jí)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)一步圍繞著水合陽(yáng)離子發(fā)生重排構(gòu)成多面體,這些多面體再進(jìn)一步聚合、連接、形成沸石分子篩晶體。
雙相轉(zhuǎn)變機(jī)理
在人們對(duì)于沸石分子篩晶化究竟是通過(guò)液相轉(zhuǎn)變機(jī)理還是通過(guò)固相轉(zhuǎn)變機(jī)理爭(zhēng)執(zhí)不清時(shí),八十年代之后,又有科學(xué)家提出了雙相轉(zhuǎn)變的機(jī)理。雙向轉(zhuǎn)變機(jī)理認(rèn)為液相轉(zhuǎn)變和固相轉(zhuǎn)變同時(shí)存在沸石分子篩晶化過(guò)程中,既可以分別發(fā)生在兩種晶化反應(yīng)體系中,也可以同時(shí)發(fā)生在一個(gè)體系中。
Gabelica等人從對(duì)ZSM-5分子篩以及Na Y沸石晶化的研究印證了雙相轉(zhuǎn)變機(jī)理的存在性。Iton等人在ZSM-5分子篩的晶化過(guò)程中應(yīng)用小角中子散射技術(shù)進(jìn)行研究,同時(shí)發(fā)現(xiàn)使用不同的硅源,ZSM-5沸石分子篩的晶化是遵循不同的機(jī)理進(jìn)行。從而得出即使是同一種類(lèi)型沸石分子篩,在不同的晶化條件下其生長(zhǎng)的機(jī)理是不一樣的結(jié)論。