郭智慧，朱偉平，郭 磊

(北京低碳清潔能源研究院，北京 102211)

SAPO-34分子篩由于具有適宜的孔道結構、中等酸性及較好的水熱穩(wěn)定性，在甲醇制烯烴(MTO)[1]、CO2/CH4分離[2]、氫氣純化[3]及脫硝反應[4-5]等領域被廣泛應用，并表現(xiàn)出良好性能。研究表明：SAPO-34分子篩的粒徑較小時，表現(xiàn)出更長的MTO催化壽命[6-7]；此外，粒徑較小時，也可以制備更薄、更均一的SAPO-34膜，提高其對CO2/CH4或氫氣的分離純化性能[8-9]。因此降低SAPO-34分子篩的粒徑是當前的主要研究方向之一。陳艷紅和Yu Qingjun等[10-11]報道，在制備ZSM-5、ZSM-11等分子篩時，添加晶種對提高晶化速率有明顯效果。近幾年，晶種輔助法被用于合成納米或片層結構的SAPO-34分子篩[12-13]，其對于減小粒徑、提高SAPO-34分子篩的結晶度有非常重要的影響[14]。通常，晶種采用成本較高的四乙基氫氧化銨(TEAOH)為模板劑，并經(jīng)過濕法球磨等特殊方法單獨制備[15]，增加了工業(yè)放大的難度及成本。朱洋洋等[16-17]采用三乙胺(TEA)、嗎啡啉(MOR)、TEAOH等不同模板劑制備晶種，并考察了晶種對合成SAPO-34的影響，結果表明引入晶種后可以在更低的溫度、更短的時間或更低的模板劑用量下合成SAPO-34分子篩，為晶種的應用提供了很好的思路，但并未對晶種種類和添加環(huán)境的影響以及在合成中的影響機理等做更細致的分析；同時由于產(chǎn)品與晶種合成條件的不一致，目前方案中均需要單獨制備晶種。為深入理解晶種的誘導作用，并為晶種輔助合成SAPO-34分子篩的放大生產(chǎn)提供指導，探討晶種尤其是以常規(guī)方法合成的SAPO-34分子篩作為晶種對SAPO-34分子篩合成的影響具有非常重要的意義。同時，為簡化工藝過程、避免單獨合成晶種而增加成本和設備投入，研究采用常規(guī)方法合成的SAPO-34產(chǎn)品作晶種進行連續(xù)生產(chǎn)時對分子篩產(chǎn)品的影響，也可為低成本的連續(xù)化生產(chǎn)提供指導。此外，在SAPO-34分子篩的合成過程中，當模板劑量不足、硅源量較少或條件控制不當時，容易共生具有較大孔徑的SAPO-5雜晶[18]，該雜晶的存在會影響分子篩催化劑的擇形性，從而影響催化劑催化MTO反應的性能[19]。因此，提高產(chǎn)品純度或采用適當方式利用含雜晶的不合格產(chǎn)品可有效避免因雜晶問題帶來的經(jīng)濟損失，在工業(yè)生產(chǎn)和應用過程中有重要的意義。

本研究采用較廉價的TEA為模板劑，考察晶種含SAPO-5雜晶，晶種組成，晶種添加環(huán)境、添加量等對SAPO-34分子篩合成和形貌特征的影響，確定較為合適的晶種及晶種制備方案，為深入認識晶種對晶粒成核和生長的影響提供幫助，同時也為晶種輔助法合成高性能SAPO-34分子篩技術的工業(yè)放大奠定基礎。

1 實 驗

1.1 原材料

擬薄水鋁石，質(zhì)量分數(shù)70%，中國鋁業(yè)集團山東分公司產(chǎn)品；磷酸，質(zhì)量分數(shù)85%，北京化工廠產(chǎn)品；硅溶膠，質(zhì)量分數(shù)30%，青島海洋化工有限公司產(chǎn)品；TEA，分析純，北京化工廠產(chǎn)品；去離子水，自制。

1.2 晶種的合成

以TEA為模板劑，分別以擬薄水鋁石、磷酸、硅溶膠為鋁源、磷源、硅源，按照不同的投料比[n(Al2O3)∶n(P2O5)∶n(SiO2)∶n(H2O)∶n(TEA)]配制晶化液，攪拌、陳化后，置于晶化反應釜中于200 ℃下靜置晶化24 h，得到晶種S1，S2，S3，S4，S5。晶化后產(chǎn)品經(jīng)離心分離、去離子水洗滌、干燥后備用。合成以上5個晶種所采用的投料比如表1所示。由表1可以看出，5個晶種的投料硅鋁比(SiO2與Al2O3物質(zhì)的量比，下同)由小到大的順序為S1

表1 合成各晶種時所采用的投料比

1.3 晶種輔助法合成SAPO-34分子篩

按表1中S4的投料比，依次加入擬薄水鋁石、磷酸、硅溶膠、TEA配制晶化液。其中，在添加TEA前或在添加TEA后分別加入不同的晶種(S1～S5)，晶種添加量(占晶化液的質(zhì)量分數(shù)，下同)為1%。晶化液經(jīng)攪拌、陳化后，置于晶化反應釜中在200 ℃下靜置晶化24 h。晶化后固體產(chǎn)物經(jīng)離心分離、去離子水洗滌、干燥后，于馬弗爐中在650 ℃下焙燒5 h。對應晶種S1，S2，S3，S4，S5所得的SAPO-34分子篩產(chǎn)品依次記作P1，P2，P3，P4，P5。SAPO-34分子篩產(chǎn)品收率按式(1)計算。

Y=ms/(mAl2O3+mP2O5+mSiO2)× 100%

(1)

式中：Y為SAPO-34分子篩產(chǎn)品收率，%；ms，mAl2O3，mP2O5，mSiO2分別為產(chǎn)品及對應晶化液中原料的干基質(zhì)量(不包含添加的晶種)，g。

1.4 催化劑表征

采用馬爾文粒度儀(型號Mastersizer 3000)以等效體積直徑法測定晶種及分子篩產(chǎn)物的粒徑分布，獲得D(50)和D(90)，分散劑為水，超聲分散，顆粒折射率為1.520，吸光度為0.100。

采用X射線衍射(XRD)儀(型號Bruker D8A)測定分子篩的晶型結構，Cu Kα射線(波長λ=0.154 06 nm)。由于SAPO-5和SAPO-34分子篩的組成相近，對應的XRD譜圖中X射線衍射強度主要與其結構和相對含量有關，因此可由XRD譜圖按照式(2)計算得出樣品中SAPO-34分子篩的相對含量。

C=SSAPO-34/SAll×100%

(2)

式中：C為樣品中SAPO-34分子篩的相對含量，%；SSAPO-34和SAll分別為XRD譜圖中SAPO-34分子篩的特征峰面積及所有譜峰面積之和。

當樣品中的SAPO-5雜晶被認定為僅由晶種帶入時，樣品中SAPO-34分子篩的理論相對含量通過式(3)計算。

(3)

式中：Cs為晶種中SAPO-34分子篩的相對百分含量，%；Cp為產(chǎn)品中SAPO-34分子篩的理論相對含量，%；ms為添加到晶化液中的晶種質(zhì)量，g；mp為所得產(chǎn)品的質(zhì)量，g。

采用X射線熒光光譜(XRF)儀(型號XRF-ZSX Primus Ⅱ)測定分子篩的元素組成。通過掃描電子顯微鏡(SEM，型號FEI Nova NanoSEM 450)觀察產(chǎn)品的表觀形貌。采用N2吸附-脫附方法(物理吸附儀型號Micromeritics ASAP2460)在液氮溫度下進行樣品的BET比表面積測定及孔徑分析，其中樣品首先在350 ℃、壓力50 mTorr(約6.67 Pa)下脫氣處理12 h以上。采用固體核磁共振波譜(MAS NMR)儀(型號Bruker AVANCE Ⅲ 400)測定分子篩的骨架結構，在9.379 T磁感應強度下使用外徑4 mm的ZrO2轉(zhuǎn)子分別以5，9，9 kHz轉(zhuǎn)速測定分子篩的29Si MAS NMR，27Al MAS NMR，31P MAS NMR，其單脈沖測試弛豫時間分別為100，2，5 s，化學位移參比分別為高嶺土、1 mol/L Al(NO3)3水溶液和NH4H2PO4固體。

2 結果與討論

2.1 晶種種類對合成SAPO-34分子篩的影響

含雜晶晶種(S1，S5)及合成產(chǎn)品(P1，P1-a，P5，P5-a)的XRD圖譜見圖1。其中，P1-a、P5-a分別為對S1、S5進行磷酸預處理后所得的分子篩合成產(chǎn)物。由圖1可知：晶種S1與S5的XRD譜圖中除含有SAPO-34特征峰(PDF 49-0659，2θ為9.5°，12.8°，16.0°，20.5°，25.8°)外，還含有明顯的SAPO-5雜晶峰(PDF 49-0659，2θ為7.4°，14.9°，19.7°，21.2°，22.4°)；將上述含雜晶的S1與S5作為晶種引入到反應體系中，合成的分子篩產(chǎn)品P1和P5的XRD譜圖中仍含有SAPO-5的特征峰，而相同體系下無晶種添加時合成的空白樣S4并沒有SAPO-5的特征峰。

圖1 含雜晶晶種及合成產(chǎn)品的XRD圖譜

含雜晶晶種(S1，S5)及其參與合成產(chǎn)品(P1，P1-a，P5，P5-a)的收率、SAPO-34相對含量及D(50)數(shù)據(jù)見表2。若SAPO-5僅由晶種S1或S5中雜晶引入，則P1與P5中SAPO-34分子篩的理論相對含量(w)分別為98.27%和94.60%，高于表2所示的測定值83.41%和75.39%。由此推斷，SAPO-5會誘導體系產(chǎn)生更多的SAPO-5雜晶，使合成產(chǎn)品中SAPO-34分子篩的相對含量降低。原因可能是SAPO-5分子篩的骨架為AFI拓撲結構，而SAPO-34分子篩的骨架為CHA拓撲結構，當以含SAPO-5的雜晶作晶種時不僅會提供促進二次成核的表面，還會誘導體系生成同樣的AFI結構。因此，當晶種中存在一定量的SAPO-5雜晶時，需要對其進行預處理等操作，以防止雜晶相誘導體系生成更多的雜晶。分別將晶種S1和S5與所需量磷酸(pH<1)預混20 h，攪拌后體系呈現(xiàn)澄清狀態(tài)，經(jīng)離心分離(10 000 r/min)，未出現(xiàn)明顯的固相，說明采用磷酸長時間處理對加入的分子篩晶種有溶解破壞作用。加入該磷酸預處理晶種參與合成反應，得到產(chǎn)物P1-a和P5-a。由圖1中P1-a和P5-a的XRD譜圖未觀測到SAPO-5雜晶的特征峰，進一步說明磷酸長時間預處理的過程可以破壞SAPO-5的結構，因此該方法可以在不引入其他物質(zhì)的情況下減少雜晶對SAPO-34分子篩合成的影響。

表2 含雜晶晶種及晶種參與合成產(chǎn)品的收率、SAPO-34相對含量及D(50)

由表2可以看出：對于粒徑相近的兩個晶種S1和S5，S5晶種的純度(SAPO-34分子篩的相對含量)比S1低，可對應產(chǎn)品P5、P5-a的收率卻比P1、P1-a高，且D(50)更小；其中經(jīng)過長時間磷酸預處理后，P1-a較P1的D(50)有所增加，而P5-a與P5相比則增加不大。由此推斷，制備晶種時的投料硅鋁比對合成產(chǎn)品收率和粒徑的影響更為明顯，投料高硅鋁比制備的晶種中SAPO-34分子篩穩(wěn)定性較好，經(jīng)過長時間酸性處理后仍能起到明顯的誘導作用。

為進一步驗證此結論，通過改變投料硅鋁比獲得S1，S2，S3，S4，并用作晶種進行輔助合成，得到分子篩樣品P1，P2，P3，P4。上述不同硅鋁比合成的分子篩晶種及對應產(chǎn)物的XRD圖譜見圖2。由圖2可知，隨著投料硅鋁比增加，合成的SAPO-34分子篩純度提高。

圖2 不同投料硅鋁比合成的分子篩晶種及對應產(chǎn)物的XRD圖譜

不同投料硅鋁比合成的分子篩晶種及對應產(chǎn)物的SEM照片見圖3。由圖3可以看出，不同硅鋁比合成的SAPO-34分子篩晶種及其對應產(chǎn)物均為規(guī)則的立方結構，而硅鋁比較低的S1和S2兩個晶種樣品顆粒中存在蝴蝶結狀的孔，可能是由于投入硅的量較少，影響了晶體生長的完整性。

圖3 不同硅鋁比合成的分子篩晶種及對應產(chǎn)物的SEM照片

不同硅鋁比合成的分子篩晶種及對應產(chǎn)物的收率、D(50)、D(90)及組成數(shù)據(jù)見表3。其中，組成SixAlyPz代表晶種或分子篩產(chǎn)物中Si，Al，P的摩爾分數(shù)分別為x，y，z。根據(jù)表3可知，隨著硅投入量的增加，SAPO-34分子篩中的硅含量也逐漸增大，對應磷鋁比(物質(zhì)的量比，下同)逐漸降低，而S4中鋁相對比例有所降低，磷鋁比反而比S3略高。這與硅取代機理一致：當硅投入量較少時，硅取代過程主要以SMⅡ機理[一個硅取代一個磷，形成Si(0Si，4Al)]為主；而當硅投入量較多時，SMⅢ機理[兩個硅分別取代一對磷和鋁形成Si(1Si，3Al)等配位環(huán)境]會伴隨SMⅡ機理發(fā)生，部分硅取代磷和鋁。

表3 不同硅鋁比合成的分子篩晶種及對應產(chǎn)物的收率、D(50)、D(90)及組成

由表3還可以看出：對于晶種輔助合成體系，在相同配方的晶化液中添加不同硅鋁比的晶種，產(chǎn)品組成基本一致；而隨著晶種硅鋁比增加，產(chǎn)品的收率提高，D(50)和D(90)均減小。Cundy等[20]報道，在過飽和的晶化液中添加晶種，提供的固液相界面可以縮短晶體成核的誘導期，使短時間內(nèi)產(chǎn)生較多晶核。在靜置晶化反應過程中，短時間內(nèi)大量晶核的產(chǎn)生使得溶液中原料濃度迅速降低，從而抑制了傳質(zhì)過程，降低了晶體生長速率。因此，晶種誘導可以明顯減小產(chǎn)物的顆粒粒徑。高硅鋁比SAPO-34分子篩晶種在晶化液體系中可能穩(wěn)定性更優(yōu)，更有利于誘導體系產(chǎn)生更多的晶核，從而提高收率、減小粒徑。

2.2 晶種添加環(huán)境對合成SAPO-34分子篩的影響

由于在配制晶化液的過程中，原料組成和pH有所不同，在添加TEA之前，晶化液的pH為2，添加TEA之后，晶化液的pH變?yōu)?。將晶種S1和S4分別加入添加TEA之后的弱堿性溶液中進行晶化合成，獲得的產(chǎn)物命名為P1-b和P4-b。不同體系添加晶種所得產(chǎn)品的收率、SAPO-34相對含量及D(50)如表4所示。由表4可知：與在添加TEA之前的酸性體系中加入晶種合成的產(chǎn)品相比，P1-b與P1、P4-b與P4的產(chǎn)品純度分別相當，P4-b的D(50)較P4有所增大，而P1-b的D(50)較P1稍減?。慌c未添加晶種的空白樣S4相比，P1，P1-b，P4，P4-b的收率均明顯增大，D(50)均明顯減小。上述結果表明，在本試驗條件下，晶種在不同的晶化液體系中加入都可以起到誘導成核作用，其中較高硅鋁比的晶種S4在酸性晶化液中加入對合成的誘導效應更強。

表4 不同體系添加晶種所得產(chǎn)品的收率、SAPO-34含量及D(50)

2.3 晶種晶粒大小對合成SAPO-34分子篩的影響

考慮工藝過程的連續(xù)性，避免單獨合成晶種，從而簡化生產(chǎn)過程，采用晶種S4輔助合成的小晶粒分子篩產(chǎn)品P4作為晶種而再次合成分子篩P6，考察晶種的晶粒大小對合成產(chǎn)物的影響。樣品S4，P4，P6的SEM照片見圖4；其收率、D(50)、組成及孔結構數(shù)據(jù)見表5。

由圖4和表5可知：樣品表觀形貌均呈立方型，元素組成相近，晶種輔助合成的小顆粒晶體的微孔比表面積及微孔孔體積略低；兩種晶種輔助合成的產(chǎn)物P4和P6的D(50)相近，分別為1.83 μm和2.01 μm，明顯小于不添加晶種合成的S4的D(50)。說明在該試驗條件下，晶種晶粒大小對合成SAPO-34分子篩的影響較小，相同高硅配方制備的兩種晶種，輔助合成產(chǎn)品的D(50)均可控制在2 μm左右。

表5 不同粒徑晶種及對應產(chǎn)品的收率、D(50)、組成及孔結構數(shù)據(jù)

圖4 不同粒徑晶種及對應產(chǎn)品的SEM照片

通過29Si MAS NMR，27Al MAS NMR，31P MAS NMR譜圖探究S4和P4兩種不同粒徑的樣品作晶種及對應合成產(chǎn)物的配位環(huán)境。不同粒徑晶種及對應產(chǎn)品的MAS NMR圖譜見圖5。由圖5可知：27Al MAS NMR譜圖中，S4，P4，P6這3個樣品在化學位移為34處出現(xiàn)的特征峰為SAPO-34分子篩中四面體骨架Al的結構特征峰；31P MAS NMR譜圖中，3個樣品在化學位移為-29或-30處出現(xiàn)的較強峰為骨架結構中P(OAl)4四面體的特征峰；29Si MAS NMR譜圖中，3個樣品在化學位移為-93和-95處顯示的主要特征峰分別為Si(0Si，4Al)和Si(1Si，3Al)的特征峰，在化學位移為-100處的弱峰為Si(2Si，2Al)的特征峰，說明樣品中的硅按SMⅡ和SMⅢ取代機理進入骨架結構[21-22]。在樣品P4和P6中，還存在化學位移為-105和-110處的特征峰，分別歸屬為Si(3Si，1Al)和Si(4Si，0Al)。Xu Lei等[23]報道，在SAPO-34分子篩成核過程中，部分硅原子首先直接參與形成骨架結構，之后晶化液中剩余的硅原子通過SMⅡ和SMⅢ機理以取代方式繼續(xù)進入骨架中。Tan Juan等[24]報道，隨著晶化時間的延長，體系中硅以SMⅢ機理進入到骨架結構的比例增多，形成Si(4Si，0Al)，Si(3Si，1Al)，Si(2Si，2Al)，Si(1Si，3Al)等多種硅的配位形態(tài)。由于添加晶種可以加速體系成核，在較高的投料硅鋁比下，體系中剩余的大量硅源有更多的機會以SMⅢ機理進入到骨架結構中，從而在P4和P6中形成了Si(4Si，0Al)和Si(3Si，1Al)等配位環(huán)境。此外，晶種在體系中主要通過提供界面，促進晶粒的二次成核和生長[11，20]。由于晶種表面具有與體系不同的硅、鋁、磷等環(huán)境，體系中的硅等活性物種與晶種表面存在的相互作用使得活性硅、鋁、磷源在晶體表面組裝成的SAPO-34與不加晶種時體相中生成的SAPO-34的硅配位、分布等可能存在一定的差異。

圖5 不同粒徑晶種及對應產(chǎn)品的MAS NMR圖譜

2.4 晶種添加量對合成SAPO-34分子篩的影響

以P4作晶種時，晶種添加量(0～2%)對產(chǎn)品的收率和D(50)的影響見圖6。由圖6可知：產(chǎn)品的收率和D(50)受晶種添加量的影響較為明顯，隨著晶種添加量的增大，產(chǎn)品收率逐漸增大，D(50)逐漸減小，尤其是晶種添加量在0～0.5%范圍時；不添加晶種時的產(chǎn)品收率最低，D(50)最大，而添加少量晶種(添加量為0.01%)時，產(chǎn)品收率和D(50)會發(fā)生較為明顯的變化，說明了該晶種的添加對體系的影響較大，即使少量晶種存在于體系中，也能穩(wěn)定存在，起到誘導成核的作用；而當晶種添加量大于1%后，產(chǎn)品收率和D(50)的變化趨緩，說明了此時體系中生成的晶核接近飽和。

圖6 晶種添加量對合成產(chǎn)物的收率和D(50)的影響

2.5 晶種誘導機理探究

為考察晶種在不同體系中的變化情況，分別以S4和P4作為晶種，添加TEA之前加入晶化液，晶化前離心分離取出其中固體樣品，分別為S4′和P4′。在添加TEA之后向晶化液加入晶種S4和P4，晶化前離心分離取出其中固體樣品，分別為S4′-b和P′-b。將S4和P4分別加入與體系pH相同的磷酸水溶液中(pH=2)，攪拌相同時間后經(jīng)離心分離取出其中固體樣品，分別為S4′-a和P4′-a。上述經(jīng)不同體系處理后的晶種樣品的SEM照片見圖7。由圖7可知，S4′和P4′呈破碎狀，而S4′-a和P4′-a仍能保持完整的立方體形貌結構，但S4′-a的立方型顆粒表面出現(xiàn)了蝴蝶結狀多孔結構。Gong Jie等[25]報道了SAPO-34分子篩的一種形成過程，即先形成4個對稱的兩頂點八面體連接的X型結構(蝴蝶結狀多孔結構)，隨著反應的進行，再逐漸填充為完整的立方型結構。因此，X型結構與后填充部分的組成及穩(wěn)定性有明顯的不同，后填充的部分更容易被酸刻蝕。S4′呈現(xiàn)出了完全破碎的狀態(tài)，說明晶種的穩(wěn)定性不僅受pH的影響，還與晶化液體系組成有一定的關系，而S4′中破碎顆粒基本呈現(xiàn)出與X型結構對應的四角八面體結構，這進一步說明了剩余的四角八面體結構相比于蝴蝶結狀部分穩(wěn)定性好。對于晶種輔助合成的小晶粒P4，由于顆粒粒徑較小，這種變化不是很明顯。

圖7 經(jīng)過不同體系處理后晶種的SEM照片

與晶化前軀液體系作用前后樣品的XRD圖譜見圖8。由圖8可見，與晶化液體系作用后的破碎樣品S4′與P4′中仍出現(xiàn)了較為明顯的CHA結構的SAPO-34特征峰，而由于晶化液的刻蝕作用，峰的強度與作用前相比明顯減弱，尤其是樣品P4′。但根據(jù)圖6的結果，即使添加非常少量的晶種(添加量為0.01%)P4，仍能誘導體系使得產(chǎn)物的收率明顯增加，產(chǎn)品粒徑明顯變小，由此可以推測，高硅體系合成的SAPO-34分子篩穩(wěn)定性較好，很難完全被溶解和破壞，而是以更多微晶形式分散到體系中，促進體系快速成核，并且體系的刻蝕作用使得晶種表面粗糙化，為體系的二次成核提供了更多的表面。

圖8 與晶化液體系作用前后樣品的XRD圖譜

表6列出了晶種S4經(jīng)過不同晶化液體系作用后組成的變化。由表6可以看出：與S4相比，經(jīng)晶化液作用后，3個樣品S4′，S4′-a，S4′-b的鋁相對含量增加，硅和磷相對含量降低；其中，磷酸預處理的樣品S4′-a與初始晶種的組成相近，在添加TEA之前加入晶種處理的樣品S4′的硅、鋁、磷相對含量變化最大。一方面可能由于破碎過程中硅、磷更容易進入到晶化液體系中，由此可解釋低硅晶種在體系中穩(wěn)定性更差；另一方面可能由于晶種表面更容易與晶化液體系中的鋁相互作用，促進鋁在晶種表面富集，從而為晶核形成提供幫助。圖7中，在添加TEA之后添加的晶種仍保持了較完整的形貌(S4′-b、P′-b)，說明室溫下體系的刻蝕作用主要發(fā)生在酸性環(huán)境中，而較完整的表觀形貌使得晶體表面積明顯減小，晶種的誘導效應會明顯減弱。表4中P4-b較P4樣品的D(50)略大，收率略低，也可以說明以上推測合理。但表6顯示，S4′-b中硅、鋁、磷的組成也有較明顯的變化，而空白的晶化液離心后并未析出固體，說明較完整形貌的晶種在體系中也會促進鋁在表面富集，而這種富集作用相比于在TEA之前加入的結果差別較大。但是，表4中P4-b的結果顯示，TEA后添加晶種的誘導效果仍然很明顯，由于目前無法直接觀察加入TEA之后添加的晶種在晶化升溫過程中是否還能保持完整的形態(tài)，因此加入TEA之后添加的晶種是否是由完整晶型的較大顆粒起到誘導成核作用還無法確定。

表6 晶種S4經(jīng)過不同晶化液體系處理后組成的變化

3 結 論

(1)當晶種中存在SAPO-5雜晶時，SAPO-5會誘導體系產(chǎn)生相同AFI結構的SAPO-5分子篩，影響產(chǎn)品的純度。但通過將此雜晶晶種與磷酸在較長時間下預處理，可制備出純凈的SAPO-34分子篩。

(2)合成晶種的投料硅鋁比對晶種穩(wěn)定性有一定影響，制備的晶種隨著投料硅鋁比的增大，在輔助合成中誘導作用增強，產(chǎn)品收率明顯增大，D(50)明顯減小。投料硅鋁比為0.6∶1時所得的分子篩晶種無論添加在酸性還是在弱堿性的初級凝膠中，均可以起到明顯的誘導作用。尤其在酸性體系中添加時，酸的部分刻蝕作用可提供更多的外表面，促進鋁元素在表面富集，產(chǎn)品收率更高，D(50)更小。這同時也可以防止有毒易揮發(fā)的胺類模板劑添加在晶種前時揮發(fā)而影響模板劑量及污染環(huán)境。

(3)晶種添加量對合成產(chǎn)品的收率和D(50)有一定影響，當晶種添加量在0～0.5%范圍時，產(chǎn)品收率提高和D(50)降低的變化尤為明顯；當晶種添加量大于1%后，產(chǎn)品收率和D(50)的變化趨緩，晶種添加量對合成產(chǎn)物的影響達到飽和。

(4)晶種輔助合成的小晶粒產(chǎn)品可繼續(xù)用作晶種起到誘導作用，且合成產(chǎn)品的收率、D(50)、元素組成、形貌、孔結構與初始大顆粒晶種輔助合成的產(chǎn)品相近，為穩(wěn)定、連續(xù)合成粒徑可控的小晶粒分子篩奠定了基礎。