FAU型分子筛因其独特的孔道结构已成为化学工业中应用最广泛、用量最大的催化剂、催化剂载体及吸附剂之一。然而,FAU型分子筛单一的微孔孔道限制了客体分子的扩散,导致其性能严重下降。
相比之下,等级孔FAU型分子筛具有微-介/大孔复合的多级孔道结构,能够促进大分子的扩散、提高活性位点的可接近性,进而改善其吸附和催化性能。
本文针对等级孔FAU型分子筛的发展现状,着重介绍了近年来关于等级孔X型和Y型分子筛合成的研究进展,总结了等级孔X型和Y型分子筛在吸附、分离和催化等过程中的应用性能,并对等级孔FAU型分子筛的绿色合成进行展望,为等级孔分子筛的可持续化制备提供借鉴。
“自下而上”的直接合成法是指通过调变无机合成体系的条件或向合成体系中引入有机模板剂来直接合成等级孔FAU型分子筛。根据是否使用有机模板剂,直接合成法可以分为模板法和无模板法。其中,基于模板法制备等级孔FAU型分子筛的具体过程是先将硅、铝源等反应原料与模板剂一起加入到合成体系中,待晶化反应结束后,再通过焙烧或萃取脱除模板剂,最后得到含有介孔和/或大孔的等级孔分子筛材料。常用的模板剂主要包括表面活性剂、碳材料等,根据其形态不同,可以分为软模板剂和硬模板剂。
图1 以介观尺度胶束作为模板剂合成等级孔Y型分子筛的示意图
图2 基于亚熔盐活化高岭土原位转化制备等级孔X型分子筛的示意图
综上所述,与传统FAU型分子筛相比,等级孔FAU型分子筛的多级孔道结构不仅改善了分子筛的扩散性能,而且提高了分子筛内部活性中心的利用率,进而提升了其在吸附、分离及催化等领域的应用性能,故而受到了研究者的极大关注。
采用“自下而上”的直接合成法和“自上而下”的后处理法可以构建具有不同孔道结构的等级孔FAU型分子筛,其微-介/大孔结构可以有效减少大分子在分子筛孔道内的传质限制,加快焦炭前驱体的快速扩散,延长催化剂使用寿命。
等级孔FAU型分子筛解决了传统分子筛传质性能差的问题,但采用模板法合成等级孔分子筛的过程中存在有机模板剂成本昂贵、脱除模板剂导致污染排放等问题,限制了该方法的工业化应用,因此对于模板法而言,开发廉价易得且能够回收循环利用的模板剂是实现等级孔FAU型分子筛绿色化、低成本合成的关键。此外,基于高温水蒸气处理的脱铝法是制备等级孔Y型分子筛最常用的方法,且该方法与缺陷工程策略联用制备了高性能等级孔Y型分子筛,但无法对介孔结构的尺寸进行调控。
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