Page 133 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 张峻维，等: 纳米薄层 SAPO-5 分子筛的离子热合成及催化性能 ·551·

可知，150 ℃下合成的样品 T150-t60-P300 中除了能
检测到 AFI 拓扑结构晶体，还检测到了少量致密相
（2θ=20.2°，用*标记）。由图 2 的 SEM 照片（图 2g）
可以观察到该样品是由均匀的纳米薄层堆积起来的
花瓣状的盘状晶体和部分无定形聚集体组成，这一
结果证明了低温晶化条件会导致部分结晶不完全。
当温度为 180 ℃时，样品为纳米薄层更薄且均匀性
更好的六角盘状或者圆柱状晶体（图 2h）。显然，
在本实验中，180 ℃为最佳的合成温度，此温度下

不仅可以促进 AFI 相的结晶，同时可以在一定程度
图 3 不同微波加热功率下合成样品的 XRD 谱图
Fig. 3 XRD patterns of the samples synthesized under 上抑制致密相的生长，更有助于合成纳米层更薄更
different microwave heating powers 均匀的晶体。

由图 3 可知，在不同功率下都可以获得 AFI 型 由图 4 中的 XRD 图谱可知，晶化时间在 10~
90 min 区间内都可以合成具有 AFI 相的 SAPO-5 分
SAPO-5 分子筛。从图 2 的 SEM 照片可以看出，在
子筛，但当温度延长至 120 min 时，合成样品则转
400 W 微波辐射功率下，合成的样品为纳米薄层堆
化为纯粹的致密相，说明较长的晶化时间可能会导
积并呈向内凹陷花瓣状形貌的六角盘装晶体（图
致 AFI 相发生转晶。从样品 T180-t20-P400、T180-
2d），样品形貌较为规整，且片层间距分布均匀。在
t60-P400 和 T180-t90-P400 的 SEM 照片中（图 2h、2d、
功率为 500 W 时得到的样品晶体形貌不规则（图
2i）可以看出，20 min 晶化时间下合成样品 T180-
2e）。当微波功率增加到 600 W 时，产物中除能观察
t20-P400 是由纳米层和纳米颗粒无序堆砌成的六角
到六角盘状晶体之外，还包括由纳米颗粒和尺寸较
盘状晶体（图 2h），延长至 60 min 则变为分布均匀
小的晶体团聚起来的聚集体（图 2f）。出现上述结果
的原因可能是高功率和快速加热加快了晶体成核， 且规整的纳米片层堆积起来类似于向内凹进的花瓣
导致周围母液浓度的迅速下降，从而阻碍了晶体的 状形貌的六角盘状晶体（图 2d） 。值得注意的是，
进一步生长 [26] 。以上结果说明，微波功率为 400 W 当晶化时间延长至 90 min 时合成样品已经不存在纳
时最适合合成纳米薄层 SAPO-5 分子筛。 米层，而是由纳米晶团聚而成的聚集体（图 2i）。可
见随着微波辐射结晶时间的增加，反应物不断地消
2.3 晶化温度和时间的影响
图 4 为在不同晶化温度和时间下合成样品的 耗，晶体纯度和纳米层分布发生变化，晶体形貌的
XRD 谱图。 均匀性也随之改变。以上结果表明，在本实验中
20 min 即可合成高纯度、纳米层分布均匀的 SAPO-5
分子筛。
2.4 晶种辅助的影响
在沸石合成过程中，添加晶种可以带来诸多益
处，诸如：减少诱导时间（消除诱导期）、更快的晶
化动力学、高的产物相纯度和沸石产率。晶种引入
还能调控或者降低晶体尺寸，制备多级孔沸石材
料 [28-32] 。晶种协助合成沸石成功的关键主要取决于
合成凝胶中晶种的特定性质。本研究中，作者尝试
在样品 T180-t20-P400 的初始合成凝胶中加入不同

图 4 不同晶化温度和时间下合成样品的 XRD 谱图 合成方法制备的 SAPO-5 分子筛作为晶种，探索不
Fig. 4 XRD patterns of the samples synthesized at different 同晶种对 SAPO-5 沸石合成及形貌的影响，所得
crystallization temperatures and times
XRD 图谱见图 5。
晶化温度是控制分子筛结晶度和形貌最重要的 从图 5 可以看出，添加不同种晶种都可以成功
因素之一。微波辐射离子热合成 SAPO-5 过程中， 合成 AFI 拓扑结构的 SAPO-5 分子筛，且各个样品
温度过低时结晶不完全 [27] ，温度高时，晶体成核和 特征峰强度差别不大，但在以离子热法合成样品作
生长加速，但过高的温度不利于完美的单晶形成。 为晶种的条件下，合成的样品 SC1-T180-t20-P400
据观察，本实验体系在高温下反应非常剧烈，常导 中检测到了少量鳞石英相，出现这种现象的原因可
致微波离子热合成实验无法继续进行。因此，本研 能与晶种的特有性质有关，这一结果与之前的研究
究中仅进行了 150 和 180 ℃下的合成实验。由图 4 结果一致 [33] 。