室溫合成納米NaX型沸石分子篩探討

安亞婷　呂東峰　任博　趙寧

摘要：以鋁酸鈉為鋁源，工業硅溶膠為硅源，在強堿性條件下經室溫陳化即可快速合成出納米NaX型沸石分子篩，結果表明：該方法可以在室溫下經2d得到NaX型沸石分子篩，但所得到的分子篩結晶度較低，晶粒尺寸在20～40nm之間，晶粒較均一。

關鍵詞：NaX型沸石分子篩；納米顆粒；室溫；表征；鋁酸鈉；工業硅溶膠 文獻標識碼：A

中圖分類號：O611 文章編號：1009-2374（2015）31-0080-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.040

1 概述

沸石分子篩是一種結晶型硅鋁酸鹽。其化學通式為：M2On·Al2O3·XSiO2·YH2O，其中M為金屬陽離子、n為金屬陽離子的價態、X為硅鋁比、Y為水含量。NaX型分子篩與立方八面沸石（FAU）具有相同的硅（鋁）氧骨架結構。FAU型沸石分子篩按照硅鋁比（SiO2/Al2O3）的不同分為X型沸石分子篩和Y型沸石分子篩，LSX型分子篩。習慣上，把SiO2/Al2O3的摩爾比大于3.0的稱為Y型沸石分子篩，把SiO2/Al2O3的摩爾比在2.2～3.0之間的叫X型沸石分子篩，把SiO2/Al2O3的摩爾比在2.0～2.2之間的X型沸石分子篩叫低硅鋁比X型沸石分子篩。通常硅鋁比高的Y型沸石分子篩具有較高的熱穩定性，用作催化劑；硅鋁比低的X型沸石分子篩有較多的骨架負電荷和非骨架陽離子，用作離子交換劑和吸附劑。

但是，自20世紀60年代人工首次合成出FAU型分子篩以來，包括FAU、BEA、MFI等沸石分子篩絕大多數都是靠高溫水熱晶化得到的，常溫下合成沸石分子篩的報道很少。本論文以鋁酸鈉為鋁源、工業硅溶膠為硅源，在強堿性條件下經室溫陳化2d即可合成出納米NaX型沸石分子篩，粒徑約為20～40nm，這對室溫下研究FAU型沸石晶體生長機理有重要價值。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

硅溶膠[w（SiO2）=30%]，青島海洋化工有限公司；鋁酸鈉[w（Al2O3）>45%]，化學純，上海國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈉[w（NaOH）>96%]，分析純，北京化學試劑公司；去離子水，華北理工大學自制。采用北京普析通用公司XD-3型X射線粉末衍射儀對樣品進行晶相分析（XRD）。CuKα輻射（λ=0.154nm），鎳濾波。管電壓36kV，管電流20mA，掃描速度1°/min。采用日本株式會社JEOL-2010F透射電子顯微鏡觀察樣品精細結構，加速電壓為200kV，樣品分散于乙醇中，超聲20min后滴于超薄碳膜銅網上再進行觀測。低溫氮氣吸脫附曲線采用貝士德儀器科技（北京）有限公司生產的SP 2000型比表面及孔徑分析儀。樣品測試前在持續真空條件及200℃加熱條件下處理6h，然后在-196℃（液氮）條件下進行測試。

2.2 合成方法

在磁力攪拌下，準確稱取0.69g偏鋁酸鈉加入到6.2mL去離子水中，攪拌澄清后添加5.23g氫氧化鈉后使用保鮮膜密封攪拌并等冷卻至室溫，然后緩慢滴加7.6mL硅溶膠與5.0mL去離子水混合物，導向劑最終組成為Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=22∶1∶15∶320。繼續攪拌20min后，開始陳化，陳化時間為x天時，樣品記為：RT-x（RT-Room Temperture）。

3 結果與討論

3.1 XRD分析

圖1為不同陳化時間下，室溫下合成NaX型沸石分子篩的XRD譜圖，由圖1A可知，當樣品陳化1d時，產物為無定形硅鋁材料，沒有FAU特征衍射峰出現。由B-D發現，從陳化時間為2d開始，樣品中開始出現典型的FAU型分子篩特征衍射峰，衍射峰強度較弱，說明室溫下經過2d陳化后所得到的NaX型分子篩結晶度較低。由圖1C-D可知，當陳化時間延長至10d時，樣品的相對結晶度沒有明顯增加。室溫下制備的NaX型沸石分子篩衍射峰與傳統的水熱合成法制備的NaX型分子篩相比，衍射峰較寬，根據謝樂公式可知，這是由于常溫常壓陳化制備的FAU型分子篩具有較小的一次晶粒尺寸造成的。

3.2 TEM分析

圖2為陳化時間為2d時樣品的TEM圖。由圖2可知，常溫常壓法合成的FAU型分子篩由粒徑小于50nm的不規則顆粒組成，同時樣品中含有一定量的無定形硅鋁酸鹽絮狀物，說明晶化不完全，產物相對結晶度較低，這與圖1B中XRD結果相吻合。此外，圖2可知樣品由于晶粒較小存在一定的團聚性，但整體分散性優于相關文獻報道。此外，由圖2可知，室溫下陳化法制備的NaX型沸石分子篩具有豐富的微孔孔道結構，晶粒尺寸在20～40nm之間，晶粒較均一。

3.3 低溫氮氣吸脫附分析

圖3為樣品RT-4的低溫氮氣吸脫附曲線，表1為該樣品詳細的織構參數。由圖3可以看出，樣品RT-4在低壓區（P/P0<0.01）都有一定量的吸附突越，說明樣品具有微孔結構。同時，樣品RT-4在高壓區（0.85

4 結語

實驗以鋁酸鈉、工業硅溶膠和氫氧化鈉為原料，不經過高溫水熱晶化，直接通過室溫陳化直接得到納米級別NaX型沸石分子篩。通過XRD、SEM和TEM可知合成配比為Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=22∶1∶15∶320時，經過2d陳化合成出了粒徑為20～40nm的NaX型沸石分子篩。不過該方法制得的分子篩結晶度較低，導致微孔面積及微孔孔體積遠低于通過水熱晶化方法得到的分子篩。但室溫陳化法制備NaX型沸石分子篩改變了傳統方法中必須借助外部熱源才能完成晶化的根本現狀，具有重要的研究價值。

參考文獻

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基金項目：華北理工大學青年科學研究基金，項目編號：Z201435。

作者簡介：安亞婷（1994-），女，河北石家莊人，華北理工大學藥學院學生，研究方向：多孔材料合成表征以及催化。

（責任編輯：秦遜玉）endprint