室温合成纳米NaX型沸石分子筛探讨

安亚婷　吕东峰　任博　赵宁

摘要：以铝酸钠为铝源，工业硅溶胶为硅源，在强碱性条件下经室温陈化即可快速合成出纳米NaX型沸石分子筛，结果表明：该方法可以在室温下经2d得到NaX型沸石分子筛，但所得到的分子筛结晶度较低，晶粒尺寸在20～40nm之间，晶粒较均一。

关键词：NaX型沸石分子筛；纳米颗粒；室温；表征；铝酸钠；工业硅溶胶 文献标识码：A

中图分类号：O611 文章编号：1009-2374（2015）31-0080-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.040

1 概述

沸石分子筛是一种结晶型硅铝酸盐。其化学通式为：M2On·Al2O3·XSiO2·YH2O，其中M为金属阳离子、n为金属阳离子的价态、X为硅铝比、Y为水含量。NaX型分子筛与立方八面沸石（FAU）具有相同的硅（铝）氧骨架结构。FAU型沸石分子筛按照硅铝比（SiO2/Al2O3）的不同分为X型沸石分子筛和Y型沸石分子筛，LSX型分子筛。习惯上，把SiO2/Al2O3的摩尔比大于3.0的称为Y型沸石分子筛，把SiO2/Al2O3的摩尔比在2.2～3.0之间的叫X型沸石分子筛，把SiO2/Al2O3的摩尔比在2.0～2.2之间的X型沸石分子筛叫低硅铝比X型沸石分子筛。通常硅铝比高的Y型沸石分子筛具有较高的热稳定性，用作催化剂；硅铝比低的X型沸石分子筛有较多的骨架负电荷和非骨架阳离子，用作离子交换剂和吸附剂。

但是，自20世纪60年代人工首次合成出FAU型分子筛以来，包括FAU、BEA、MFI等沸石分子筛绝大多数都是靠高温水热晶化得到的，常温下合成沸石分子筛的报道很少。本论文以铝酸钠为铝源、工业硅溶胶为硅源，在强碱性条件下经室温陈化2d即可合成出纳米NaX型沸石分子筛，粒径约为20～40nm，这对室温下研究FAU型沸石晶体生长机理有重要价值。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

硅溶胶[w（SiO2）=30%]，青岛海洋化工有限公司；铝酸钠[w（Al2O3）>45%]，化学纯，上海国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠[w（NaOH）>96%]，分析纯，北京化学试剂公司；去离子水，华北理工大学自制。采用北京普析通用公司XD-3型X射线粉末衍射仪对样品进行晶相分析（XRD）。CuKα辐射（λ=0.154nm），镍滤波。管电压36kV，管电流20mA，扫描速度1°/min。采用日本株式会社JEOL-2010F透射电子显微镜观察样品精细结构，加速电压为200kV，样品分散于乙醇中，超声20min后滴于超薄碳膜铜网上再进行观测。低温氮气吸脱附曲线采用贝士德仪器科技（北京）有限公司生产的SP 2000型比表面及孔径分析仪。样品测试前在持续真空条件及200℃加热条件下处理6h，然后在-196℃（液氮）条件下进行测试。

2.2 合成方法

在磁力搅拌下，准确称取0.69g偏铝酸钠加入到6.2mL去离子水中，搅拌澄清后添加5.23g氢氧化钠后使用保鲜膜密封搅拌并等冷却至室温，然后缓慢滴加7.6mL硅溶胶与5.0mL去离子水混合物，导向剂最终组成为Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=22∶1∶15∶320。继续搅拌20min后，开始陈化，陈化时间为x天时，样品记为：RT-x（RT-Room Temperture）。

3 结果与讨论

3.1 XRD分析

图1为不同陈化时间下，室温下合成NaX型沸石分子筛的XRD谱图，由图1A可知，当样品陈化1d时，产物为无定形硅铝材料，没有FAU特征衍射峰出现。由B-D发现，从陈化时间为2d开始，样品中开始出现典型的FAU型分子筛特征衍射峰，衍射峰强度较弱，说明室温下经过2d陈化后所得到的NaX型分子筛结晶度较低。由图1C-D可知，当陈化时间延长至10d时，样品的相对结晶度没有明显增加。室温下制备的NaX型沸石分子筛衍射峰与传统的水热合成法制备的NaX型分子筛相比，衍射峰较宽，根据谢乐公式可知，这是由于常温常压陈化制备的FAU型分子筛具有较小的一次晶粒尺寸造成的。

3.2 TEM分析

图2为陈化时间为2d时样品的TEM图。由图2可知，常温常压法合成的FAU型分子筛由粒径小于50nm的不规则颗粒组成，同时样品中含有一定量的无定形硅铝酸盐絮状物，说明晶化不完全，产物相对结晶度较低，这与图1B中XRD结果相吻合。此外，图2可知样品由于晶粒较小存在一定的团聚性，但整体分散性优于相关文献报道。此外，由图2可知，室温下陈化法制备的NaX型沸石分子筛具有丰富的微孔孔道结构，晶粒尺寸在20～40nm之间，晶粒较均一。

3.3 低温氮气吸脱附分析

图3为样品RT-4的低温氮气吸脱附曲线，表1为该样品详细的织构参数。由图3可以看出，样品RT-4在低压区（P/P0<0.01）都有一定量的吸附突越，说明样品具有微孔结构。同时，样品RT-4在高压区（0.85

4 结语

实验以铝酸钠、工业硅溶胶和氢氧化钠为原料，不经过高温水热晶化，直接通过室温陈化直接得到纳米级别NaX型沸石分子筛。通过XRD、SEM和TEM可知合成配比为Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=22∶1∶15∶320时，经过2d陈化合成出了粒径为20～40nm的NaX型沸石分子筛。不过该方法制得的分子筛结晶度较低，导致微孔面积及微孔孔体积远低于通过水热晶化方法得到的分子筛。但室温陈化法制备NaX型沸石分子筛改变了传统方法中必须借助外部热源才能完成晶化的根本现状，具有重要的研究价值。

参考文献

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基金项目：华北理工大学青年科学研究基金，项目编号：Z201435。

作者简介：安亚婷（1994-），女，河北石家庄人，华北理工大学药学院学生，研究方向：多孔材料合成表征以及催化。

（责任编辑：秦逊玉）endprint