وبلاگ

1-1- تاریخچه پیدایش زئولیت
زئولیت­­ها به­ طور معمول ترکیبات آلومینوسیلیکات بلوری هستند که ساختار چهار وجهی TO4  Si) و Al  (T = به­­­صورت شبکۀ سه ­بعدی چهار اتصالی دارند و اکثراً دارای ابعاد مولکولی با اندازۀ حفره­های یکنواخت هستند [1،2]. تاریخچه زئولیت با کشف مادۀ طبیعی استیلبیت[1] در سال 1765 میلادی توسط کرونستد[2] شروع شد که با گرمادهی مواد سیلیکاتی مشاهده نمود که جوش خورده و در شعله ذوب می­شوند. با این مشاهدات کرونستد نام زئولیت که مشتق از لغات یونانی ”زئو“[3] به معنای جوشیدن و ”لیتوس“[4] به معنای سنگ می­باشد را برای این مواد انتخاب نمود [3]. اولین زئولیت سنتزی تحت شرایط هیدروترمال در سال 1862 میلادی توسط دویل[5] با نام لواینیت[6] تهیه شد [4]. در سال 1948 میلادی بارر[7] مقاله­ای را در مورد سنتز و خواص جذب سطحی زئولیت­ها گزارش نمود و در سال 1955 کاربید[8] تعدادی از شکل­های کاتیونی زئولیت سنتزی مثل زئولیت A و X را گزارش نمود که نوع X شکل فوجاسیت[9] (FAU) مواد کمیاب معدنی می­باشد. موبیل[10] در 1955 استفاده از زئولیت­های سنتزی به­عنوان جاذب سطحی و کاتالیزور را گزارش نمود و استفاده از زئولیت X به­­عنوان کاتالیزور جهت هیدروکراکینگ مواد نفتی و گازی را ارائه نمود.
        سنتز مواد با ساختار پیکره- باز[11] به­­عنوان یک بحث جالب و کاربردی در فناوری­های صنعتی نظیر استفاده در فرایندهای کاتالیزوری، جذبی، تعویض یونی و جداسازی حائز اهمیت می­باشد [5]. علاوه بر زئولیت­های آلومینوسیلیکاتی که به­عنوان بهترین مواد پیکره- باز محسوب می­گردند، شبکه­ های معدنی دیگری که با گروه­های آلی شکل­دهی می­شوند نیز مفید و کاربردی هستند [6]. در سال 1982 میلادی سنتز اولین خانوادۀ غربال­های مولکولی[12] بدون سیلیکا به­نام آلومینوفسفات­ها توسط ویلسون[13] و همکاران [7]  گزارش گردید که زمینۀ جدیدی در مورد سنتز مواد معدنی پیکره- باز به­­وجود آمد [8]. غربال­های مولکولی، اکسیدهای بلوری میکرومتخلخل هستند که دستۀ بزرگ مواد پیکره- باز با ساختار بلوری سه­ بعدی را شامل می­شوند و پل­های اکسیژنی در شبکۀ خود دارند.
ساختار آلومینوفسفات­ها (AlPO4-n) بر پایۀ یک تناوب چهار وجهی AlO4 و PO4 برای تولید سیستم پیکره- باز می­باشد که اتم­های آلومینیوم و فسفر موجود در شبکه می­توانند توسط سیلیس و عناصر دیگر نظیر Li، Be، B، Mg، Fe، Mn، Co، Zn، Ge، Ga، As و Ti برای تولید موقعیت­های اسید برونستد[14] و یا مراکز فعال کاتالیزوری جایگزین شوند [9،10]. در سال 1984 میلادی با وارد کردن سیلیس در هنگام سنتز غربال­های مولکولی آلومینوفسفات، نوع جدیدی از غربال­های مولکولی به­نام سیلیکوآلومینوفسـفات[15] (SAPO-n) تهیه شد که در این مواد با جانشینی P5+ توسط Si4+ بار شبکۀ زئولیت منفی می­ شود و خواص مبادلۀ کاتیونی و کاتالیزوری اسید ضعیف تا متوسط را می­یابد [11]. خانوادۀ آلومینوفسفات­های فلزی[16] (MeAlPO-n) و سیلیکوآلومینوفسفات­های فلزی[17] (MeAPSO-n) نیز تهیه شدند. بعد از این سنتزها، فسفات­های فلزی مثل بریلیوم فسفات­ و ­روی فسفات با ساختار مشابۀ زئولیت­ها که بدون آلومینیوم بودند، تهیه شدند. هاروی[18] و همکاران [12] پنج نوع بریلیوم فسفات با ساختار مشابۀ زئولیت­های آلومینوسیلیکاتی و با ساختار جدید سنتز نمودند. استاکی[19] و همکاران [13] در سال 1991 میلادی غربال­های مولکولی بریلیوم فسفات، ­روی فسفات، بریلیوم آرسنات و روی آرسنات هیدراته با ساختار مشابه آلومینوسیلیکات­ها گزارش نمودند. این مواد در گسترۀ وسیعی از pH و در دمای سنتزی پائینتری نسبت به آلومینوفسفات­ها تهیه می­شوند. غربال­های مولکولی دیگر نظیر بریلیوم سیلیکات و روی سیلیکات، گالیم آرسنات و فسفات، بور سیلیکات و گالیم سیلیکات [18-14] نیز تهیه شدند. گویلو[20] و همکاران [19] با به­­کار بردن عنصر واسطۀ نیکل به­­جای آلومینیوم در شبکه آلومینوفسفات در حضور دی­آمین­ها به­­عنوان قالب ­دهنده[21]، نوع جدیدی از غربال­های مولکولی پیکره- باز به­نام نیکل فسفات با ریخت­VSB-1 [22] و VSB-5 را سنتز نمودند [20،21]. از غربال­های مولکولی دیگر که پایۀ فسفاتی دارند، می­توان به روی فسفات اشاره نمود که اولین بار توسط استاکی و همکاران [13] سنتز شد. این ترکیب دارای خواص جالبی نظیر تعویض یون، کاتالیزور نوری، رسانایی یونی، جداسازی و ذخیره کنندۀ گازهایی نظیر هیدروژن می­باشند [22،23]. یک دسته­بندی از غربال­های مولکولی در شکل 1-1 نشان داده شده

 است.

2-1- سنتز غربال ­های مولکولی به روش هیدروترمال معمول (CH)
معمولاً تبلور غربال­های مولکولی در حالت هیدروترمال در دمای پائین و در فشار خود­تولیدی[1] انجام می­ شود. ژل اولیه حاوی منبع عناصر شبکه، آب و ترکیبات آلی و یا کاتیون­های معدنی به­­عنوان عوامل جهت دهندۀ ساختار[2] (SDAs) می­باشد. تشکیل غربال­های مولکولی به منبع اولیۀ عناصر شبکه، حلال، منبع کاتیون معدنی یا ترکیب آلی، ترکیب ژل اولیه، زمان و دمای سنتز بستگی دارد [25]. دو مکانیسم برای سنتز غربال­های مولکولی پیشنهاد شده است: در مکانیسم اول گونه­ ها در حالت محلول هستند و در اثر واکنش با هم هسته­زایی و رشد بلورها انجام می­ شود. در مکانیسم دوم که انتقال در فاز جامد می­باشد، ساختار غربال مولکولی از هیدروژل جامد تشکیل می­ شود [26].
3-1- سنتز غربال ­های مولکولی توسط ریزموج (MW)
امواج در ناحیۀ ریزموج برای تسریع سنتز در واکنش­های آلی استفاده می­شوند. این امواج می­توانند بدون هیچ مشکلی گرما را از طریق دیوارۀ ظرف انتقال دهند و مخلوط واکنش را به سرعت و به­ طور یکنواخت گرم کنند، به نحوی که سرعت گرمـادهی 2-1 درجۀ سانتیـگراد بر ثانیه برای 100 گـرم نـمونه به­وجود آورد. اثر گرمادهی تابش ریزموج از طریق فرایند فقدان دی­الکتریک[1](ε)  ظاهر می­گردد [29-27]. مایعات و جامدات با هدایت بالا نظیر سوسپانسیون و مایعات قطبی فقدان دی­الکتریک بالایی نشان می­دهند، در حالی­که هیدروکربن­ها و حلال­های با قطبیت پائین اثرات گرمایی کمی را نشان می­ دهند [30].
سنتز غربال­های مولکولی با ریزموج در مقایسه با هیدروترمال معمول دارای مزیت زمان واکنش کم و تبلور یکنواخت می­باشد. گرمادهی سریع و ایجاد نقاط داغ باعث کاهش قابل توجهی در زمان سنتز می­ شود و هسته­زایی تحت گرمادهی ریزموج تقریباً ده مرتبه سریعتر می­باشد [31]. حل شدن سریع ژل سنتزی زئولیت باعث کاهش زمان تبلور در طی گرمادهی ریزموج می­ شود و انرژی ریزموج می ­تواند بدون تغییرات دمایی توسط حلال جذب گردد و باعث یکنواختی و سرعت گرمادهی شود. اولین آلومینوفسفات سنتزی توسط گرمادهی ریزموج توسط گیموس[2] با نام CoAPO-5 تهیه گردید [32]. امکان سنتز آلومینوفسفات­ها با وارد کردن رنگ­های ناپایدار در هیدروترمال مثل آبی- 159 و کومارین- 40[3] بدون تخریب رنگ توسط گرمادهی ریزموج امکان­ پذیر می­ شود که این امر به­­خاطر کاهش زمان تبلور با ریزموج می­باشد [33]. 
در دهه­های اخیر امکان تهیۀ ترکیبات با ساختارهای جدید و متنوع با به­ کارگیری فنون جدید سنتزی نظیر روش سنتزی سولوترمال[4] [34] و روش یونوترمال[5] شامل استفاده از یک مایع یونی به­عنوان حلال و قالب­ دهنده [35] فراهم شده است. بیش از دویست گونه از انواع ساختارهای آلومینوفسفات پیکره-باز شناسـایی شدند که اینها شامـل ساختارهای پیـکره- باز خنثی (AlPO4-n)، MeAPO-n و آلومینـوفسـفات­های با شـبکه آنیونی می­باشند [1]. آلومینوفسـفات­های آنیونی شـامل یک شبکه سه­ بعدی و با ابعاد ساخته­ شده از تناوب پلی­هدرال آلومینیوم- مرکزی (AlO4، AlO5 و AlO6) و چهاروجهی فسفر- مرکزی P(Ob)n(Ot)4-n می­باشند (b و t به­­ترتیب نماینده پل و پایانی و n برابر 1، 2، 3 و 4 می­باشد) که باعث تشکیل استوکیومتری­های متنوع نظیر Al2P3O123−، AlP2O83−، AlP4O169−، Al5P6O243−، Al12P13O523−، Al13P18O7215−، Al11P12O483−، Al3P5O206−، Al3P4O163−، AlPO4(OH)−، Al4P5O203− و غیره می­ شود [36]. اخیراً لی[6] و همکاران [37] یک سری داده ­ها شامل اطلاعاتی در زمینۀ ساختار آلومینوفسفات­های پیکره- باز گزارش نمودند.
[1] Dielectric Loss
[2] Gimus
[3] Coumarin-40
[4] Solvothermal
[5] Ionothermal
[6] Li
[1] Autogenous
[2] Structure Directing Agents
[1] Stilbite
[2] Cronstedt
[3] Zeo
[4] Lithos
[5] Deville
[6] Levynite
[7] Barrer
[8] Carbide
[9] Faujasite
[10] Mobil
[11] Open-framework
[12] Molecular sieves
[13] Wilson
[14] Boronsted
[15] Silicoaluminophosphate
[16] Metalloaluminophosphates
[17] Silicomtalloaluminophosphates
[18] Harvay
[19] Stucky
[20] Guillou  
[21] Template
[22] Versailles Santa Barbara-1