沸石分子篩具有均勻整齊、分子大小的孔道結(jié)構(gòu),以及巨大的內(nèi)表面積,因此當(dāng)前在國際上用做吸附劑、催化劑、離子交換劑等,并且其具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及生物穩(wěn)定性,因此廣泛應(yīng)用于環(huán)保工程、生物工程、石油化工等行業(yè)。
在20世紀(jì)40年代,通過在對天然礦物的鹽溶液中的相態(tài)轉(zhuǎn)變研究,第一次讓沸石分子篩得以被人工成功合成,就目前來看,國際上最為常用的工藝為水熱法。然而伴隨著綠色環(huán)保理念的發(fā)展與沈柔,人們認(rèn)為傳統(tǒng)的水熱法已經(jīng)凸顯出效率低、能耗高、污染嚴(yán)重登封問題,因此沸石分子篩的綠色合成工藝發(fā)展逐漸被人們所關(guān)注與研究,其包括天然礦物合成沸石分子篩、無胺法合成沸石分子篩以及無溶劑法合成沸石分子篩等方法。
首先,以儲量豐富的非金屬礦物為原料合成沸石分子篩,將廉價的非金屬礦物轉(zhuǎn)化成高附加值的化工產(chǎn)品,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。例如:高嶺土合成沸石分子篩、膨潤土合成沸石分子篩、伊利石合成沸石分子篩等。
其次,無胺法合成沸石分子篩指的是,可以利用氨水為模板劑可以合成ZSM-5沸石分子篩,并且通過實(shí)驗表明,在142~177℃范圍內(nèi),以氨水為模板劑都可以合成出ZSM-5沸石分子篩。
再次,無溶劑合成分子篩可以使得沸石分子篩的時空產(chǎn)率得到了大幅度的提升。傳統(tǒng)的沸石分子篩合成工藝產(chǎn)生的含堿廢水排放污染了環(huán)境,因此該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)良好的環(huán)保效果。
沸石分子篩作為吸附、催化、離子交換材料在能源與化工等方面具有廣泛應(yīng)用,隨著國際環(huán)保法規(guī)的逐漸滲透與普及,綠色合成工藝必將成為主流趨勢。但是從整體來看,其也存在著一定的問題:首先在綠色合成原料方面,以高嶺土和硅藻土等天然礦物為原料合成沸石分子篩時,若未加入額外的化工硅鋁原料或經(jīng)酸堿脫硅鋁預(yù)處理,就會導(dǎo)致反應(yīng)物初始凝膠中硅鋁比的可調(diào)范圍受限,不適合超高硅鋁比沸石分子篩的合成;其次在綠色合成條件方面,直接法和晶種導(dǎo)向液法均不同程度地增加了沸石分子篩工業(yè)化生產(chǎn)的難度,晶種法則具有較大的潛力;最后,在綠色合成方法方面,無溶劑法合成沸石分子篩雖然減少了溶劑水的使用,但是該工藝過程需要的晶化時間較長,并且由于人們對于沸石分子篩合成機(jī)理的認(rèn)識還不全面,因此無溶劑法仍處于理論研究階段,尚未具備工業(yè)化生產(chǎn)的條件。總之,我們還需要期待更加綠色、環(huán)保、高效的沸石分子篩合成工藝。