Synthesis of novel zeolite materials and their application in catalysis

Abstract

Zeolites are crystalline microporous tectosilicates with acidic properties. The pore sizes of molecular dimensions restrict molecules from entering/exiting the pores based on the molecule size and geometry, or formation of certain (bulky) transition states within the pores. Accordingly, zeolites have become vital industrial catalysts, adsorbents and ion-exchangers. Zeolites are commonly synthesised by hydrothermal crystallization. However, this method provides only limited control over their crystal structure, morphology, or location of active sites within the framework. Some of these limitations can be overcome using an alternative synthetic method; the Assembly-Disassembly-Organisation- Reassembly (ADOR). The ADOR transforms a parent (germanosilicate) zeolite into a layered precursor and subsequently uses the layers as building blocks for a new zeolite framework. We aimed to develop methodology to control the crystal morphology of germanosilicate zeolite UTL (Assembly), determine the mechanism of the UTL hydrolysis (Disassembly), and to reconstruct the parent UTL zeolite from the ICP-1P layered material (Organisation and Reassembly) since the traditional ADOR yields zeolites of smaller channel size but the parent UTL. We found the UTL crystal morphology progressively varies the Si/Ge molar ratio...

Zeolity jsou krystalické mikroporézní tektosilikáty s kyselými vlastnostmi. Velikosti pórů, srovnatelné s rozměry molekul, omezují molekulám vstup/výstup z pórů na základě velikosti a geometrie molekuly nebo tvorbu určitých (objemných) přechodových stavů v pórech. Proto se zeolity staly klíčovými průmyslovými katalyzátory, adsorbenty a iontoměniči. Zeolity se běžně syntetizují hydrotermální krystalizací. Tato metoda však poskytuje pouze omezenou kontrolu nad jejich krystalickou strukturou, morfologií nebo umístěním aktivních míst v krystalové mřížce. Některá z těchto omezení lze překonat pomocí alternativní syntetické metody; Assembly-Disassembly-Organisation-Reassembly (ADOR). ADOR transformuje mateřský zeolit (germanosilikát) na vrstevnatý prekurzor a následně používá tyto vrstvy jako stavební kameny pro novou zeolitovou strukturu. Naším cílem bylo vyvinout metodiku pro kontrolu morfologie krystalů germanosilikátového zeolitu UTL (Assembly), určit mechanismus hydrolýzy UTL (Disassembly) a rekonstruovat mateřský zeolit UTL z vrstveného materiálu ICP-1P (Organisation and Reassembly), jelikož tradiční ADOR poskytuje pouze zeolity menší velikosti kanálu než mateřský UTL. Pozorovali jsme, že morfologie krystalů UTL se progresivně mění s molárním poměrem Si/Ge zeolitu. Zvýšení poměru Si/Ge z 0,79 na...