自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽,它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質(zhì)稱為沸石,人工合成的沸石也稱為分子篩。
沸石分子篩是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物,其化學(xué)通式為:Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表陽離子,m表示其價(jià)態(tài)數(shù),z表示水合數(shù),x和y是整數(shù)。沸石分子篩活化后,水分子被除去,余下的原子形成籠形結(jié)構(gòu),孔徑為3~10Å。分子篩晶體中有許多一定大小的空穴,空穴之間有許多同直徑的孔(也稱“窗口”)相連。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部,而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外,起到篩分分子的作用,故得名分子篩。沸石分子篩在自然界中即可存在,人工大量合成是從上世紀(jì)70年代開始。
離子熱合成法以離子液體或低共熔混合物同時(shí)作為合成反應(yīng)的溶劑和模板劑進(jìn)行合成的方法,該法原理與水熱合成法相同。2004年,Morris小組報(bào)道了分子篩的離子熱合成法。2010年,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所采用離子熱合成法合成了超大孔(20元環(huán))的磷酸鋁分子篩。該方法優(yōu)點(diǎn)為:離子液體中的有機(jī)陽離子起到溶劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用;離子液體中離子間有較強(qiáng)的相互作用,單個(gè)分子難以脫離整個(gè)體系,加熱過程一般不產(chǎn)生蒸汽壓,減少高壓帶來的危險(xiǎn),更適合工業(yè)化生產(chǎn);缺點(diǎn)是合成周期長(zhǎng)、能源消耗大,效率低。