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JACS：无废水合成沸石的机理与工业化突破

云深
2025-11-09


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全文概要

浙江大学的肖丰收和吴勤明、吉林大学于吉红、中国科学院大学徐舒涛研究团队报道了一种近中性、无溶剂沸石合成新策略，成功实现了沸石生产过程中的零废水排放。该方法仅包含研磨、结晶与煅烧三个步骤，极大简化了传统工艺，并成功将反应器放大至300升工业规模。通过同位素标记与原位固体核磁技术，研究揭示了该条件下沸石结晶遵循固态相转变机制，且首次观测到模板剂TPA⁺与沸石骨架Si(4Si)物种的相互作用，为理解模板效应提供了新视角。

本文要点

  1. 绿色合成：近中性无溶剂路线彻底避免了传统水热法产生的大量碱性废水，合成成本降至常规方法的42%–59%，且产物收率高达99.1%，时空产率提升约8倍。

  2. 结晶机制：原位²⁹Si MAS NMR表明，在整个结晶过程中Si(4Si)物种占主导，证实其为固态相转变机制；二维HETCOR NMR揭示了TPA⁺中甲基/亚甲基与骨架Si(4Si)的空间接近性，提示其模板作用。

  3. 材料性能：合成的纯硅S-1及含杂原子（Al、B、Ga）的ZSM-5、ZSM-22、SSZ-13等沸石均具有高结晶度、高比表面积及优异的热/水热稳定性，缺陷位点少于传统样品。

  4. 工业化前景：300升反应器中放大合成的S-1沸石质量与实验室样品相当，具备直接工业推广潜力，为绿色沸石制造提供了可行路径。

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文献详情

Lifan Deng, Caiyi Lou, Qinming Wu, et al. Insights into the Wastewater-Free Synthesis of Zeolites, J. Am. Chem. Soc. (2025)
DOI: 10.1021/jacs.5c15625

全文链接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c15625




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