ساختار غربال مولکولی زئولیت

کاربرد گسترده مواد غربال مولکولی زئولیت (مانند جداسازی جذب، تبادل یونی، کاتالیز) ارتباط نزدیکی با ویژگی های ساختاری آنها دارد. به عنوان مثال، عملکرد جذب و جداسازی به اندازه منافذ و حجم منافذ غربال مولکولی بستگی دارد. عملکرد تبادل یونی به تعداد و موقعیت کاتیون ها در غربال مولکولی و همچنین قابلیت عبور کانال های منفذی آن بستگی دارد. انتخاب شکل نشان داده شده در طول فرآیند کاتالیزوری مربوط به اندازه منافذ و جهت غربال مولکولی است، در حالی که اندازه منافذ یا ساختار قفس محصولات میانی و نهایی در واکنش کاتالیزوری مربوط به غربال مولکولی است. بنابراین، ساختار غربال های مولکولی یک موضوع اساسی در مطالعه مواد غربال مولکولی است.
واحد سازه
اول، تحقیق در مورد ساده ترین واحدهای ساختاری اساسی انجام دهید. به طور کلی، غربال‌های مولکولی زئولیت از روی هم قرار دادن چهار وجهی از طریق رئوس مشترک تشکیل می‌شوند، بنابراین یک چهار وجهی یک واحد ساختاری اولیه (چهاروجهی TO4) است. به عنوان مثال، برای غربال مولکولی زئولیت سیلیکالیت{1}}، واحد ساختاری اولیه آن چهار وجهی اکسیژن سیلیکونی است ([SiO4] 0)، و این واحد ساختاری چهار وجهی خنثی الکتریکی را نشان می‌دهد. این چهار وجهی های اکسیژن سیلیکونی توسط اتم های اکسیژن مشترک به هم متصل می شوند تا یک غربال مولکولی زئولیت با ساختار MFI تشکیل دهند. در سنتز، عوامل قالب و آب جذب شده در منافذ آن وجود دارد. البته، وقتی آلومینیوم در سیستم سنتز وجود دارد، دو نوع چهار وجهی وجود دارد: چهار وجهی اکسیژن سیلیکونی ([SiO4] 0) و چهار وجهی اکسیژن آلومینیومی ([AlO4] -) و چهار وجهی اکسیژن آلومینیومی منفی است. شارژ با مونتاژ و سنتز غربال‌های مولکولی با ساختار MFI از سیلیکون و آلومینیوم، این ساختار خود حامل بار منفی خاصی است، بنابراین باید توسط کاتیون‌های اضافی متعادل شود تا در نهایت از نظر الکتریکی خنثی شود. و غربال مولکولی آلومینیوم فسفر کاملاً از چهار وجهی اکسیژن فسفر متناوب ([PO4]+) و چهار وجهی اکسیژن آلومینیوم ([AlO4] -) با اسکلت الکتریکی خنثی تشکیل شده است. البته در ارتباط بین واحدهای سازه‌ای اولیه، قانون لوونشتاین باید رعایت شود: در ساختار اسکلت آلومینیومی سیلیکونی، آلومینیوم نمی‌تواند در مجاورت یکدیگر باشد. در ساختار اسکلت فسفات، مانند SAPO، آلومینیوم نمی تواند در مجاورت اتم های فلزات دو ظرفیتی یا سه ظرفیتی باشد و فسفر نمی تواند به سیلیکون یا فسفر متصل شود.
واحد ساختمانی ثانویه
ساختار اسکلت غربال های مولکولی از اتصالات محدود یا نامتناهی واحدهای ساختاری اولیه تشکیل می شود. واحدهای ساختاری محدود، مانند واحدهای ساختاری ثانویه، معمولاً به ساختارهای حلقه‌ای چند جزئی متشکل از چهار وجهی TO4 اشاره می‌کنند که اتم‌های اکسیژن نقطه ثابت را به اشتراک می‌گذارند و به روش‌های مختلفی به هم متصل می‌شوند. ساختارهای حلقه متداول شامل حلقه‌های چهار عضو، حلقه‌های پنج عضوی، حلقه‌های شش عضوی، حلقه‌های دو عضوی چهار عضوی و حلقه‌های دو عضوی شش عضوی هستند. آنچه اکنون کشف شده است، 18 نوع واحد ساختاری ثانویه است. برای مثال، واحد ساختاری ثانویه 4-4 دو حلقه چهارتایی، یعنی حلقه‌های چهارتایی دوگانه را نشان می‌دهد. همانطور که با غربال های مولکولی نوع A آشنا هستیم، آنها از اتصال قفس های SOD با حلقه های چهارتایی دوتایی تشکیل می شوند تا الک های مولکولی زئولیت را تشکیل دهند. البته SBU که به آن اشاره می کنیم تنها یک واحد توپولوژیک در مفهوم تئوریک به منظور درک و توضیح بهتر ساختار غربال های مولکولی زئولیت است و نمی توان آن را به عنوان یک گونه واقعی در فرآیند تبلور غربال های مولکولی زئولیت در نظر گرفت.
واحد سازه ای قفسی شکل
یک قفس مشخصه مانند واحد ساختاری در اسکلت غربال های مولکولی وجود دارد که بر اساس حلقه های متعددی که چند وجهی آنها را تعیین می کنند، توصیف می شود. به عنوان مثال، قفس آشنای SOD از هشت حلقه شش ضلعی و شش حلقه چهارتایی تشکیل شده است که معمولاً به اختصار 4668 نامیده می شود. ساختارهای اسکلت غربال مولکولی از طریق روش های مختلف اتصال. یک مثال کلاسیک قفس SOD است.
غربال مولکولی زئولیت SOD از اتصال همسطح بین قفس های SOD تشکیل می شود. قفس های SOD توسط حلقه های چهارتایی دوتایی به هم متصل می شوند تا غربال های مولکولی از نوع LTA را تشکیل دهند. قفس های SOD توسط یک حلقه شش ضلعی دوتایی به هم متصل می شوند تا الک های مولکولی زئولیت FAU و EMT را تشکیل دهند.
علاوه بر این، در ساختار چارچوب غربال‌های مولکولی زئولیت، اغلب زنجیره‌های مشخصه، لایه‌های شبکه سه‌بعدی متصل و واحدهای ساختاری دوره‌ای (PBUs) یافت می‌شود. پنج سازه رایج زنجیره مانند زنجیره پنتاسیل، زنجیر زیگزاگ دوتایی، زنجیر زیگزاگی دوتایی، زنجیره دو محوره و زنجیره سنگی ستون کوتاه هستند. زنجیره پنتاسیل متشکل از قفس‌های مشترک با لبه‌ها، یک زنجیره مشخص از خانواده غربال‌های مولکولی زئولیت سیلیس بالا است. نماینده ترین ساختار چارچوب MFI از زنجیره های Pentasil تشکیل شده است. انباشته شدن موازی لایه‌های شبکه سه‌بعدی متصل، یک ساختار اسکلت سه‌بعدی متصل را با اتصال سه رأس متصل به‌صورت عمودی تشکیل می‌دهد. به عنوان مثال، ساختار اسکلت نوع GIS از یک ساختار لایه شبکه دو بعدی 4.82 تشکیل شده است که به صورت عمودی متصل شده است.