SSZ-13分子筛优化制备及其CO2吸附性能研究

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SSZ-13分子筛由于其独特的八元环小孔结构和结构中阳离子的排列,使其对二氧化碳的亲和力高于其他气体,因而在CO2吸附方面比其他多孔材料更受关注。但昂贵的模板剂和较长的制备时间限制了SSZ-13的工业化生产。目前已有许多关于优化SSZ-13分子筛制备方法以降低SSZ-13分子筛工业化生产门槛的研究,但考察铝源对产物影响的研究较少。多级孔分子筛及中空分子筛因其独特结构能够很好地解决了大分子在微孔中扩散效率过低的问题而备受密切关注。但是多级孔分子筛或中空分子筛的合成是具有难度的。目前已通过在合成体系中添加介孔模板剂制备得到了多级孔SSZ-13分子筛,但关于中空SSZ-13分子筛的研究并不多见。考虑到铝源提供的铝原子是沸石骨架搭建的基本原子之一,以及关于中空SSZ-13分子筛的研究较少,本论文做了如下工作:(1)采用异丙醇铝作为Al源,发现产物的合成速度无明显变化,但晶体形貌由传统的立方形变为了由立方形晶体堆叠组装的球状体。在此基础上,考察了陈化时间对产物的影响,发现随着陈化时间的增加,层叠组装现象更加明显。当陈化时间达到12 h时,产物的比表面积较传统的574.91 m2/g提高至647.85m2/g。(2)在SSZ-13合成过程中通过采用硝酸铝、硫酸铝作为Al源,向合成体系中引入了无机含氧阴离子,反应时间分别缩短至72 h、40 h时。其晶体符合非常规生长方式,由小的单元晶体组装成大晶体。且延长反应时间、陈化时间与添加氟离子能够在分子筛表面引入多级孔结构。陈化24 h、反应4 d、氟的添加量为0.05(F/Si)时,样品具备最佳的多级孔结构。氟添加量为0.1的SSZ-13分子筛具备最佳的CO2吸附性能,在0.25 bar时的吸附量为2.74 mmol/g,较传统方法制备的SSZ-13提高了54.8%;在1 bar时为4.55mmol/g,较传统方法制备的分子筛提高了20.4%。(3)在合成过程中采用超声进行陈化并添加晶种诱导,在SSZ-13分子筛中成功引入了中空结构,并考察了晶种添加量和超声时间对产物的影响。当晶种添加量为0.5wt%,超声时间为60 min时,样品为直径50 nm的空心立方晶体,其比表面积达到了791.50 m2/g,介孔占比为66.3%。对样品进行273 K下的CO2吸附性能测试。发现晶种添加量为0.5 wt%时,无论是在低压还是高压的情况下,样品对CO2的吸附能力均要优于传统方法制备的微孔SSZ-13分子筛。在吸附压力为0.27 bar时,其吸附量达到了2.53mmol/g,高于传统方法制备的SSZ-13的1.83 mmol/g。同时,发现超声时间的改变对CO2吸附量影响有限。其中,超声45 min的SSZ-13分子筛在1 bar时的吸附量最高,达到了4.24 mmol/g。
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