磷酸铝系列的应用与特点

1756年瑞典科学家Cronstedt 发现一类天然硅铝酸盐矿物在灼烧时能产生泡沸现象,因此命名为“沸石”。 后来人们又发现,此类物质具有选择性吸附的性质,它能在分子水平上筛分物质,因此称其为沸石分子筛。 1982年,UCC 公司Wilson S T 等成功合成与开发出磷酸铝分子筛,这是一类完全不含硅的,而只含磷、铝、氧的微孔化合物。 它有独特的性质和用途,因此在这里,我们主要介绍磷酸铝系列的分子筛。

1)磷酸铝性质和特点

磷酸铝分子筛外观为白色固体,不溶于水及常用无机酸,无嗅无味。

分子筛是由TO4 四面体之间通过共享顶点而形成的三维四连接骨架,骨架T 原子通常是指Si、Al 或P 原子,在少数情况下是指其他原子,如B、Ga、Be 等,Al 大多数以四面体AlO4 存在,少数以AlO5 和AlO6 存在。 这些[SiO4]、[AlO4]和[PO4]等四面体是构成分子筛骨架的最基本结构单元,即初级结构单元。 在这些四面体中Si、Al 或P 等都以高价氧化态的形式出现,采取sp3 杂化轨道与氧原子成键,Si—O 平均键长为1.61 Å,Al—O 平均键长为1.75 Å,P—O 平均键长为1.54 Å。

磷酸铝分子筛(AlPO4-n)遵守Lowenstein 规则,骨架由Al—O—P 连接组成,P—O—P 连接不稳定,不存在Al—O—Al 键和P—O—P 键,磷酸铝分子筛只能产生偶数的T 原子环。AlPO4-n可以看成是由无限的组分单元如链或层组成。 Martens 和Jacobs 采用2D 网层的方法合理地将AlPO4-n 结构描述成管状的孔道。 这样的连接方式可以产生AlPO4-n 骨架所独有的偶极性质。

2)磷酸铝分子筛合成方法(www.xing528.com)

磷酸铝分子筛常用的合成方法是水热合成法,水热合成方法将磷源、铝源、杂原子前驱体、有机模板剂和水按照一定的比例混合成胶后置于密封的带有聚四氟乙烯衬里的晶化釜内,在一定的温度和自生蒸汽压力下晶化2 h ～30 d,晶化后得到的固体产物用常规方法加以分离。 将不同杂原子化合物加入AlPO4 凝胶中再晶化则得到杂原子磷铝分子筛。 经过研究,在水热法的基础上发展了转晶法和气相转化法。

水热合成法与高温固相合成法相比,有以下几个优点:

①有利于低价态、中间价态与特殊价态化合物的生成,并能均匀地进行掺杂。

②有利于生长极少缺陷、取向好、完美的晶体,而且产物结晶度高以及易于控制产物晶体的粒度。

③能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在熔体重生长的物质、高温分解相在水热低温下晶化生成。