马晓森, 张丽晨, 刘砚超, 汪全华, 郑家军, 李瑞丰

无机材料学报 2023, 38 (5): 537-543. DOI:10.15541/jim20220449

摘要（340）

HTML （13）

PDF（pc）（2721KB）（265）

常见的吸附剂如13X等的硅铝比较低, 具有较强的亲水性, 但水和有机挥发份(VOCs)之间的竞争吸附, 常常会影响吸附剂对VOCs实际脱除效果。本研究利用CTABr为模板剂, 正硅酸乙酯为硅源, 对13X进行表面修饰, 制备了以13X为核, 介孔硅为壳的核壳复合材料13X@SiO₂, 并以甲苯作为探针分子在穿透实验装置对改性前后沸石分别进行干/湿条件下的吸附性能测试。结果表明: 在干燥条件下, 13X@SiO₂-2.6样品(制备中添加了2.6 mL正硅酸乙酯)相比13X原样的吸附量提升了18%左右。在30%和50%相对湿度下, 13X@SiO₂的最优吸附容量分别提高了约53%和90%; 循环再生实验表明13X@SiO₂-2.6样品经2次再生后仍保持初始样品90%的甲苯吸附量。

图1为样品的XRD图谱。由图1(A)可见, 2θ=6.32°, 10.24°, 11.96°, 15.72°, 18.74°以及20.38°处的衍射峰归属于FAU拓扑结构的特征衍射峰。随着正硅酸乙酯加入量增大, 2θ=6.32°, 10.24°, 11.96°, 15.72°和18.74°处的衍射峰强度明显降低, 这是由沉积二氧化硅后样品中13X相对含量减少造成。图1(B)为样品的低角度衍射图谱, 2θ=2.5°左右的衍射峰归属于有序介孔MCM-41的特征衍射峰[23], 表明正硅酸乙酯水解后在模板剂CTA+作用下在13X表面形成了MCM-41结构。

图2为13X及13X@SiO₂-v的SEM照片。从图2(A)中可以看出, 13X原样具有“孪生”的八面沸石的形状, 晶体颗粒尺寸约为2~3 μm, 表面粗糙。13X@SiO₂-v的外表面较为光滑, 且晶粒尺寸随正硅酸乙酯用量增大而明显增加, 这是由13X外表面沉积了一层二氧化硅(即MCM-41壳层)导致。图2还表明随正硅酸乙酯用量增大, 除13X外表面由粗糙变得光滑外, 样品中还出现了游离的球状小颗粒, 这归因于过量二氧化硅形成的硅微球。且随着正硅酸乙酯用量增大, 硅微球的粒径逐渐增大, 说明13X外表面的MCM-41层的厚度不能无限增厚。图2(E, F)为样品13X@SiO₂-2.2晶粒表层局部破损的SEM照片, 可以看见破损处壳层厚度大约为50 nm。由图S2样品EDS分析结果可见, 13X、13X@SiO₂-2.2、13X@SiO₂-2.6和13X@SiO₂-3.5样品的Si/Al分别为1.10, 1.20, 1.45和1.45, 进一步表明正硅酸乙酯水解后在13X表面沉积了一层介孔二氧化硅。