ТЕРМОАНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СВЧ-АКТИВАЦИИ НА МЕХАНИЗМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЦЕОЛИТА ZSM-5
Аннотация
В представленной работе проводится детальное сравнительное исследование двух методов синтеза цеолита ZSM-5 (SiО2/Аl2О3=50) с целью получения материала с пониженным содержанием натрия: классического гидротермального синтеза и инновационного метода с применением СВЧ-активации реакционной смеси. Актуальность работы обусловлена поиском энергоэффективных и быстрых способов получения цеолитных катализаторов с улучшенными структурными и функциональными свойствами для процессов нефтепереработки и органического синтеза. Экспериментально доказано, что использование СВЧ-активации не только существенно сокращает время кристаллизации по сравнению с традиционным гидротермальным синтезом, но и оказывает влияние на морфологию и качество получаемых кристаллов. Методами рентгенофазового анализа было однозначно подтверждено образование целевой цеолитной структуры типа MFI во всех образцах, однако выявлены значимые различия в их фазовой чистоте и степени кри-сталличности. На основе комплексного дифференциального термического анализа был предложен детальный механизм фазовых и структурных превращений, происходящих в процессе синтеза и последующего нагрева, который объясняет особенности поведения материалов при дегидратации и их повышенную термическую стабильность. Данные ИК спектроскопии продемонстрировали прямую корреляцию между выбранным методом синтеза и состоянием гидроксильных групп в полученных цеолитах, что критически важно для их кислотных и, как следствие, каталитических свойств. Полученные результаты вносят существенный вклад в развитие фундаментальных основ цеолитного синтеза и имеют важное практическое значение для разработки перспективных, энергосберегающих технологий получения цеолитных катализаторов с заданными и регулируемыми структурно-адсорбционными и каталитическими характеристиками.
Для цитирования:
Севергина Е.С., Смирнова О.П., Румянцев Р.Н., Гордина Н.Е. Термоаналитическое исследование влияния СВЧ-активации на механизм кристаллизации цеолита ZSM-5. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2025. Т. LXIX. № 3. С. 117-124. DOI: 10.6060/rcj.2025693.13.
Литература
Коробицына Л.Л., Величкина Л.М., Будаев Ж.Б. Исследование влияния способа получения цеолита структурного типа MFI на его каталитическую активность в процессах переработки углеводородного сырья. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 11. С. 50-57. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.4t.
Коробицына Л.Л., Козлов В.В., Шолидодов М.Р. и др. Синтез высоко-кремнеземных цеолитов с использованием глубоких эвтектических растворителей. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 11. С. 76-84. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.14t.
Севергина Е.С., Каманова Т.А., Кравчук Д.А. Оптимальные параметры гидротермального синтеза цеолита ZSM-5 с пониженным содержанием Na+. Современные наукоёмкие технологии. Региональное приложение. 2024. Т. 79. № 3. С. 96-101. DOI: 10.6060/snt.20247903.00015.
Гордина Н.Е., Борисова Т.Н., Клягина К.С. Сравнительный анализ свойств цеолита типа LTA в зависимости от метода получения: гидротермальный и ультразвуковой. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 9. С. 90-96. DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6633.
Nguyen D.K., Dinh V.P., Nguyen H.Q. Zeolite ZSM‐5 synthesized from natural silica sources and its applications: a critical review. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2023. V. 98. N 6. P. 1339-1355. DOI: 10.1002/jctb.7380.
Zeng X., Hu X, Xia G. Microwave synthesis of zeolites and their related applications. Microporous and Mesoporous Materials. 2021. V. 323. P. 111262. DOI: 10.1016/j.mi-cromeso.2021.111262.
Epp J. X-ray diffraction (XRD) techniques for materials characterization. Materials characterization using nondestructive evaluation (NDE) methods. Woodhead Publishing. 2016. P. 81-124. DOI: 10.1016/b978-0-08-100040-3.00004-3.
Muniz F.T.L., Miranda M.R., Morilla dos Santos C., The Scherrer equation and the dynamical theory of X-ray diffraction. Foundations of Crystallography. 2016. V. 72. N 3. P. 385-390. DOI: 10.1107/s205327331600365x.
Takeuchi M., Tsukamoto T., Kondo A. Investigation of NH3 and NH4+ adsorbed on ZSM-5 zeolites by near and middle infrared spectroscopy. Catalysis Science & Technology. 2015. V. 5. N 9. P. 4587-4593. DOI: 10.1039/C5CY00753D.
Павлов М.Л., Шавалеев Д.А., Кутепов Б.И. Синтез и исследование катализаторов алкилирования бензола этиле-ном на основе цеолита ZSM-5. Нефтехимия. 2016. Т. 56. №. 2. С. 171. DOI: 10.7868/S0028242116020118.
Chen H.L., Ding J., Wang Y.M. One-step synthesis of mesoporous ZSM-11 composites through a dual-template method. New Journal of Chemistry. 2014. V. 38. N 1. P. 308-316. DOI: 10.1039/C3NJ00785E.
Yuan E.H. Han R., Deng J.Y. Acceleration of zeolite crystallization: current status, mechanisms, and perspectives. ACS Applied Materials & Interfaces. 2024. V. 16. N 23. P. 29521-29546. DOI: 10.1021/acsami.4c01774.
Palma V., Barba D., Cortese M. Microwaves and heterogeneous catalysis: A review on selected catalytic processes. Catalysts. 2020. V. 10. N 2. P. 246. DOI: 10.3390/catal10020246.
Chawla A., Li R., Jain R. Cooperative effects of inorganic and organic structure-directing agents in ZSM-5 crystallization. Molecular Systems Design & Engineering. 2018. V. 3. N 1. P. 159-170. DOI: 10.1039/C7ME00097A.
Liu C., Gu W., Kong D. The significant effects of the alkali-metal cations on ZSM-5 zeolite synthesis: From mechanism to morphology. Microporous and mesoporous materials. 2014. V. 183. P. 30-36. DOI: 10.1016/j.micromeso.2013.08.037.
Głowniak S., Szczęśniak B., Choma J. Advances in microwave synthesis of nanoporous materials. Advanced Materials. 2021. V. 33. N 48. P. 2103477. DOI: 10.1002/adma.202103477.
Knözinger H., Huber S. IR spectroscopy of small and weakly interacting molecular probes for acidic and basic zeolites. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1998. V. 94. N 15. P. 2047-2059. DOI: 10.1039/A802189I.
Millini R., Bellussi G. Zeolite science and perspectives. Properties and Applications. RSC Catalysis Series. Royal Society of Chemistry. 2017. N 28. P. 1-36. DOI:10.1039/9781788010610-00001.
Leonelli C., Komarneni S. Inorganic syntheses assisted by microwave heating. Inorganics. 2015. V. 3. N 4. P. 388-391. DOI: 10.3390/inorganics3040388.
Kwimi Tchatat P., Ngally Sabouang C.J., Mache J.R. Microwave Assist Synthesis of Na-zeolite/Hydroxysodalite from a Kaolin: Effect of the Microwave Power. Chemistry Africa. 2024. V. 7. N 1. P. 273-280. DOI: 10.1007/s42250-023-00745-w.
Kumar K.V., Gadipelli S., Wood B. Characterization of the adsorption site energies and heterogeneous surfaces of porous materials. Journal of Materials Chemistry A. 2019. V. 7. N 17. P. 10104-10137. DOI: 10.1039/C9TA00287A.
