[发明专利]低模板笼形硅

说明书

本发明涉及低模板笼形硅、其制备方法及这种材料作为吸附剂的应用。

笼形硅属于多孔的架状硅酸盐或多孔硅的范畴，根据H.Gier和B.Marler，Zeolites，12（1992），42，它们可以用下面的通式来表述：

( 1 ) Ay x / y [ [ 4 ] Si 1 - x [ 4 ] T X O 2 + Z ] uH · vAX · wM ]]>

式中A是带电荷y的阳离子，T是由4个O原子四面配位的三价阳离子，Z是用于补偿晶格中断的附加O原子的数目，AX是离子对，M是客体颗粒，u、v和w是0、1、2……。适宜的阳离子A的例子是碱金属离子和碱土金属离子，T例如可以是铝阳离子或硼阳离子，许多阴离子如OH、卤素等都适合于作为X。客体颗粒也叫作模板，它们被引入多孔硅结构的间隙中，从而在合成多孔硅时大大地影响了它们的结构。一般地说，客体颗粒是一些中性分子，不过，也可以引入带电荷的客体颗粒，特别是在带电荷的多孔硅结构的情况下。在这种情况下，上面的（1）式必须做相应的修正。

依据间隙的大小和形状，多孔硅分为笼形硅和沸石硅（Zeosils）。沸石硅具有笼状或孔道状的孔隙，孔隙的大小应使得在比较温和的条件下能将模板分子从孔隙中排挤出去，必要时换成其它的客体分子;而笼形硅则具有非常小的笼状间隙，其开孔太小，以至所俘获的分子不能离开多孔系统。十二硅1H、十二硅3C、黑方英石和九硅类型的笼形硅，其孔隙的开口小于3，孔隙的直径一般是2.8左右。这样窄的孔隙开口使得氧分子不能进入孔隙内，CO₂分子也不能离开孔隙，因此，即使采用煅烧工序也无法将模板分子从孔隙中排除出去。

以往，笼形硅都是采用在例如200℃由含硅酸盐的溶液水热结晶来制备的，在该溶液中加入过量的模板分子例如金刚基胺，其结果是，笼形硅晶体中实际上每一个足够大的间隙都被模板分子占据了。迄今为止，人们一般认为，要获得规定的并具有良好形态的晶体笼形硅结构必需采用这样高的模板浓度。

以往在文献中所描述的制备方法的缺点是合成时间比较长，此外，在这类惯用的方法中，制得的晶体的尺寸比较大，一般在150-500μm之间，这对于许多用途来说是不必要的，甚至是不合乎要求的。还有一个特有的缺点是，用这种惯用方法制备的笼形硅只能在有限的程度上被认为是多孔材料，因为实际上所有能得到的足够大的间隙在合成的过程中就已经被模板分子所占据了。这些模板分子几乎无法从间隙中排出，即使在异常严格的条件下也是如此，因此实际上不能将预先合成的笼形硅用来作为吸附剂。

本发明的目的是，提供一种笼形硅及其制备方法，它们没有或者仅仅在很小程度上具有上述常规的笼形硅及其常规制造方法的那些缺点。

业已发现，这一目的可以通过提供本发明所述的方法和笼形硅而得以实现。

因此，本发明涉及制备低模板笼形硅的方法，其特征在于，对含有硅酸盐的碱性水介质进行热处理，该水介质中含有晶种和如此少量的模板，以使部分或全部的模板可以存在于晶种内，相对于所述介质的SiO₂摩尔数来说，模板的含量低于1%。

此外，本发明还涉及低模板的笼形硅，其特征是，相对于笼形硅的SiO₂摩尔含量来说，模板的含量低于1%。