Mechanizm syntezy zeolitowych sit molekularnych

Dogłębne badania nad mechanizmem powstawania i wzrostu zeolitowych sit molekularnych pomogą ludziom lepiej projektować i syntetyzować nowe struktury topologiczne zeolitowych sit molekularnych, poszerzać nowe drogi syntezy zeolitowych materiałów na sita molekularne oraz rozwijać nowe właściwości i nowe zastosowania zeolitu molekularnego materiały sitowe. Chociaż sita molekularne zeolitu są opracowywane od wielu lat, nie wyciągnięto żadnych faktycznych wniosków na temat mechanizmu jego syntezy. Badanie mechanizmu krystalizacji sit molekularnych ma duże znaczenie teoretyczne, a także praktyczne znaczenie orientacyjne przy syntezie nowych sit molekularnych zeolitu. Obecnie najbardziej reprezentatywnymi mechanizmami są mechanizm transformacji w fazie stałej (mechanizm transformacji stałego hydrożelu), mechanizm transformacji w fazie ciekłej (mechanizm transportu za pośrednictwem roztworu) i mechanizm transformacji dwufazowej.
Mechanizm transformacji w fazie stałej
Mechanizm transformacji w fazie stałej został po raz pierwszy zaproponowany przez Flanigena i Brecka i jest to również najwcześniejszy zaproponowany mechanizm krystalizacji na sicie molekularnym zeolitu. Wierzą, że:
Podczas całego procesu krystalizacji sita molekularnego zeolitu w warunkach hydrotermalnych wytwarzana jest tylko sama faza stała żelu, a następnie bezpośrednio zmienia się struktura szkieletu glinokrzemianowego, co prowadzi do zarodkowania i wzrostu kryształów sita molekularnego zeolitu. W procesie krystalizacji zeolitowego sita molekularnego nie dochodzi do rozpuszczenia żelowej fazy stałej ani bezpośredniego udziału fazy ciekłej w zarodkowaniu i wzroście kryształów zeolitowego sita molekularnego.
Po pierwsze, po zmieszaniu różnych surowców wymaganych do syntezy sit molekularnych zeolitu, główne gatunki krzemianów i glinianów polimeryzują, tworząc początkowy żel glinokrzemianowy. Jednocześnie, choć pomiędzy żelami wytwarza się także faza ciekła, to jednak faza ciekła nie uczestniczy w procesie krystalizacji i zarodkowania. Po drugie, powstały początkowo żel glinokrzemianowy ulega ciągłej depolimeryzacji i reorganizacji pod działaniem jonów OH-, tworząc w ten sposób podstawowe jednostki strukturalne wymagane do krystalizacji niektórych zeolitów. Na koniec te podstawowe jednostki strukturalne są dalej przegrupowywane wokół uwodnionych kationów, tworząc wielościany, które są dalej polimeryzowane, łączone i formowane w kryształy sit molekularnych zeolitu.
W latach 70. holenderscy naukowcy Mcnicol i in. wykorzystali spektroskopię molekularną do śledzenia całego procesu krystalizacji sit molekularnych zeolitu LTA, dostarczając w ten sposób wystarczających dowodów eksperymentalnych na mechanizm przejścia fazy stałej. W latach 90. zaproponowana metoda syntezy konwersji suchego żelu również dodała przykład do mechanizmu przejścia w fazie stałej. Ponadto opracowana w ostatnich latach proponowana metoda syntezy bezrozpuszczalnikowej w fazie stałej również w pewnym stopniu dostarcza odpowiednich dowodów na mechanizm przejścia w fazie stałej.