L'àmplia aplicació de materials de tamís moleculars de zeolita (com ara la separació per adsorció, l'intercanvi iònic, la catàlisi) està estretament relacionada amb les seves característiques estructurals. Per exemple, el rendiment d'adsorció i separació depèn de la mida dels porus i del volum de porus del tamís molecular; El rendiment d'intercanvi iònic depèn del nombre i la posició dels cations al tamís molecular, així com de la pasabilitat dels seus canals de porus; La selectivitat de forma que s'exhibeix durant el procés catalític està relacionada amb la mida dels porus i l'orientació del tamís molecular, mentre que la mida del porus o l'estructura de la gàbia dels productes intermedis i finals de la reacció catalítica estan relacionades amb el tamís molecular. Per tant, l'estructura dels tamisos moleculars és un tema fonamental en l'estudi dels materials del tamís molecular.
Unitat estructural
En primer lloc, investigar les unitats estructurals bàsiques més senzilles. En termes generals, els tamisos moleculars de zeolita es formen apilant tetraedres a través de vèrtexs compartits, de manera que un tetraedre és una unitat estructural primària (tetraedre TO4). Per exemple, per al tamís molecular de zeolita de silicalita-1, la seva unitat estructural primària són tetraedres d'oxigen de silici ([SiO4] 0), i aquesta unitat estructural tetraèdrica presenta neutralitat elèctrica. Aquests tetraedres d'oxigen de silici estan connectats per àtoms d'oxigen compartits per formar un tamís molecular de zeolita amb estructura MFI. En síntesi, els agents de plantilla i l'aigua adsorbida estan presents als seus porus. Per descomptat, quan l'alumini està present en el sistema de síntesi, hi ha dos tipus de tetraedres: tetraedres d'oxigen de silici ([SiO4] 0) i tetraedres d'oxigen d'alumini ([AlO4] -), i els tetraedres d'oxigen d'alumini tenen un negatiu. carregar. Mitjançant l'acoblament i la síntesi de garbells moleculars amb estructura MFI de silici i alumini, aquesta estructura en si porta una certa càrrega negativa, de manera que s'ha d'equilibrar amb cations addicionals per fer-la finalment neutra elèctricament en el seu conjunt. I el sedàs molecular d'alumini fòsfor es compon estrictament de tetraedres d'oxigen de fòsfor ([PO4]+) i tetraedres d'oxigen d'alumini ([AlO4] -), amb un esquelet elèctricament neutre. Per descomptat, en la connexió entre unitats estructurals primàries, s'ha de seguir la regla de Lowenstein: a l'estructura d'esquelet d'alumini de silici, l'alumini no pot estar adjacent entre si; A l'estructura de l'esquelet de fosfat, com el SAPO-34, l'alumini no pot ser adjacent a àtoms de metalls divalents o trivalents, i el fòsfor no es pot connectar al silici o al fòsfor.
unitat d'edificació secundària
L'estructura de l'esquelet dels tamisos moleculars està formada per connexions finites o infinites d'unitats estructurals primàries. Les unitats estructurals finites, com les unitats estructurals secundàries, solen referir-se a estructures d'anell multicomponent compostes per tetraedres TO4 que comparteixen àtoms d'oxigen de punt fix i estan connectats de diferents maneres. Les estructures d'anells comuns inclouen anells de quatre membres, anells de cinc membres, anells de sis membres, anells de quatre membres dobles i anells de sis membres dobles. El que s'ha descobert ara són 18 tipus d'unitats estructurals secundàries. Per exemple, la unitat estructural secundària 4-4 representa dos anells quaternaris, és a dir, els anells quaternaris dobles. Com que estem familiaritzats amb els tamisos moleculars de tipus A, es formen connectant gàbies SOD amb anells quaternaris dobles per formar tamisos moleculars de zeolita. Per descomptat, la SBU a la qual ens referim és només una unitat topològica en el sentit teòric, per tal d'entendre i explicar millor l'estructura dels tamisos moleculars de zeolita, i no es pot considerar com una espècie real en el procés de cristal·lització dels tamisos moleculars de zeolites.
Unitat estructural en forma de gàbia
Hi ha una característica gàbia com a unitat estructural en l'esquelet dels garbells moleculars, que es descriu a partir dels múltiples anells que determinen els seus poliedres. Per exemple, la familiar gàbia SOD es compon de vuit anells hexagonals i sis anells quaternaris, comunament abreujats com 4668. Els diferents esquelets de tamís moleculars contindran la mateixa gàbia com a unitats estructurals, és a dir, la mateixa gàbia com a unitat estructural formarà diferents tipus. d'estructures de l'esquelet del tamís molecular mitjançant diferents mètodes de connexió. Un exemple clàssic és la gàbia SOD.
El tamís molecular de zeolita SOD està format per la connexió coplanar entre les gàbies SOD; Les gàbies SOD estan connectades per anells quaternaris dobles per formar tamisos moleculars tipus LTA; Les gàbies SOD estan connectades per un doble anell hexagonal per formar tamisos moleculars de zeolita FAU i EMT.
A més, a l'estructura de marc dels garbells moleculars de zeolita, sovint es troben algunes cadenes característiques, capes de xarxa tridimensionals bidimensionals i unitats estructurals periòdiques (PBU). Les cinc estructures de cadena més comunes són la cadena Pentasil, la cadena doble en zig-zag, la cadena doble en zig-zag, la cadena de doble eix i la cadena de pedra de columna curta. La cadena Pentasil composta per gàbies compartides per vores és una cadena característica de la família de tamís moleculars de zeolites d'alta sílice. L'estructura marc més representativa de l'IMF està formada per cadenes Pentasil. L'apilament paral·lel de tres capes de xarxa connectades bidimensionals forma una estructura d'esquelet tridimensional de quatre connectats interconnectant els tres vèrtexs connectats orientats verticalment. Per exemple, l'estructura d'esquelet de tipus GIS es compon d'una estructura de capa de xarxa bidimensional de 4,82 connectada verticalment.