离子热合成磷酸盐分子筛的矿化机理研究

离子热合成是2004年才出现的一种分子筛制备的新方法。它以离子液体（Ionic Liquid,IL）代替常规使用的分子溶剂（水、有机溶剂）作为反应介质，为分子筛合成机理的研究提供了新的契机。申请者从2005年开始从事离子热合成的研究，已经制备了多种磷酸盐类分子筛。最近发现向不含水的合成体系AlOOH-NH4H2PO4-NH4F-IL中加入反应计量的水/氟离子明显地加速了分子筛的晶化动力学。基于上述工作，本项目拟在离子热合成中开展矿化机理的研究。通过设计多个不含水的分子筛合成体系，系统地、定量地研究矿化剂（水、氟离子）对晶化动力学和产物特点（结构类型、晶粒大小以及形貌等）等表观性质的影响；并对典型的合成过程进行原位表征（如NMR）以考察微观物化性质的变化。关联二者信息，加深对矿化机理的认识。本项目的研究对于认识分子筛的合成机理、探索调控分子筛合成的新方法具有重要的科学意义和应用前景。

离子热合成是继水热合成、溶剂热合成和干法合成之后出现的一种分子筛制备的新方法。它以离子液体（Ionic Liquid, IL）代替常规使用的分子溶剂（水、有机溶剂）作为反应介质，为分子筛合成机理的研究提供了新的契机。矿化剂是实现分子筛合成原料向产物转化的关键物质，研究分子筛的矿化机理能够加深对分子筛晶化过程的认识。本项目按照研究计划，通过筛选磷源、金属源、氟源以及加热方式等成功设计了多个分子筛无水合成体系，并发现原料的反应活性对产物的结构、形貌等具有重要影响；向所设计的分子筛无水合成体系中，反应计量的矿化剂的加入都会明显的缩短成核时间，加速分子筛的晶化过程；在载体自转晶法制备分子筛膜中，矿化剂F离子磷酸铝前驱体凝胶的生成以及向分子筛产物的转化中起到了重要的转输作用，F离子对分子筛膜的结构类型、取向和厚度具有重要作用；在超大微孔分子筛DNL-1的制备过程中，HF在合成过程中不仅起到矿化剂的作用，还要进入-CLO骨架中促进D4R的生成；DNL-1骨架中存在两种氟：一种位于D4R单元中，促进了D4R的形成于稳定；另一种F存在于D4R外，与铝或磷形成Al-F或P-F键；在分子筛合成过程中，矿化剂（水、氟）同时影响了分子筛的热力学和动力学过程，通过影响分子筛合成过程中解聚-聚合过程影响了产物的结构、形貌以及尺寸等特征。当合成体系中没有矿化剂加入的时候，磷源能够与金属源发生缓慢的反应，同时会生少量的水。由于这些水的浓度非常的低，水解和聚合反应只能缓慢的进行，因而此时的晶化速度非常慢。然而，经过诱导期以后，产物的结晶度快速的增加，这可能与聚合反应释放出了更多量的水有关系。此时，合成过程就表现为一个自催化的过程；一旦向合成体系中加入适量的矿化剂（水或氟），原料的初始解聚速度被大大的加快，后续的动力学过程一并被加速，因而分子筛的表观晶化速率被明显加快；而且，矿化剂（主要是氟离子）还会与T原子结合成为产物骨架的一部分，这样就影响了产物结构、形貌、尺寸等特性。