让纯硅分子筛实现绿色制造——记中国科学院大连化物所合成纯硅分子筛通用新方法

　　纯硅分子筛的制备过程往往需要使用有毒氟化物、复杂后处理的脱铝晶种、含氟合成的纯硅晶种等。这带来了一系列环境和经济方面的挑战，限制了纯硅分子筛的广泛应用。11月7日，记者从中国科学院大连化学物理研究所了解到，该所郭鹏研究员、刘中民院士团队基于对分子筛微观结构的理解，将上述难题逐一破解，开发出一种在无氟无晶种条件下合成纯硅分子筛的通用新方法。

　　据了解，纯硅分子筛在石油化工行业具有潜在的应用价值，可以用在吸附分离、催化等领域。纯硅分子筛的制备通常采用传统的水热合成法。该方法是将硅源、有机结构导向剂、水、氢氟酸等反应原料以适当的比例混合在高压釜中进行晶化，从而获得纯硅分子筛。传统水热合成法制备纯硅分子筛所需结晶时间较长，并且难免会使用氢氟酸。氢氟酸具有极强的腐蚀性，对生产设备和操作人员来说都存在较大风险。

　　郭鹏介绍说：“关于纯硅分子筛水热合成法，研究者们已经做出了许多努力，目前主要发展为两条路径，其一是直接使用氢氟酸，其二是使用纯硅晶种来诱导结晶。而纯硅晶种的制备又需要氢氟酸参与或由硅铝分子筛经酸处理脱铝制备。”

　　“分子筛的性能与其微观晶体结构密切相关。为了在纯硅分子筛制备过程中彻底消除氢氟酸带来的风险，我们基于在分子筛结构表征方面的经验，对纯硅分子筛结构特征从微观层面上进行了研究，深入理解氟离子在纯硅分子筛中稳定特定结构单元的导向机制，终于开辟了一条在无氟无晶种条件下合成纯硅分子筛的绿色新方法。”郭鹏解释道。这种方法被命名为“有机结构导向剂不适配法”。

　　该方法是研究人员通过筛选出新的硅源，即富含四元环的SOD型纯硅分子筛，并选取与硅源结构不适配的有机结构导向剂而创建的，可以快速合成CHA、∗BEA等15种纯硅分子筛目标产物。这种新方法既提高了合成效率又具备普适性，解决了传统氟体系水热合成纯硅分子筛所带来的环境和经济问题。

　　随后，研究人员通过三维电子衍射和高分辨成像等技术，探究了CHA和∗BEA两种重要纯硅分子筛的结晶机理。对有机结构导向剂不适配法合成的纯硅分子筛的性能进行研究，他们发现纯硅CHA分子筛具有分离丙烷和丙烯的性能;而纯硅∗BEA分子筛经直接离子交换法负载锌物种后，可作为丙烷直接脱氢催化剂。

　　“在含氟体系下制备的纯硅∗BEA分子筛负载锌物种比较困难，孔道内氟阴离子与有机结构导向剂阳离子平衡作用，锌阳离子无法直接进行交换。但我们用新方法制备的纯硅∗BEA分子筛，孔道内不含氟阴离子，可以实现锌阳离子与有机结构导向剂阳离子的直接交换，并且骨架的硅羟基可以稳定锌物种，从而制备出负载锌物种的分子筛催化剂。”郭鹏进一步解释道。

　　郭鹏也谈到了未来的工作计划。他表示，目前通过新方法制备出纯硅分子筛的拓扑结构都已经报道，希望通过此项研究工作的进一步开展，可以制备出具有全新拓扑结构的纯硅分子筛。