Широке застосування цеолітних матеріалів молекулярного сита (таких як адсорбційне розділення, іонний обмін, каталіз) тісно пов’язане з їх структурними характеристиками. Наприклад, ефективність адсорбції та розділення залежить від розміру пор та об’єму пор молекулярного сита; Ефективність іонного обміну залежить від кількості і положення катіонів у молекулярному ситі, а також від прохідності його порових каналів; Селективність форми, яка проявляється під час каталітичного процесу, пов’язана з розміром пор і орієнтацією молекулярного сита, тоді як розмір пор або структура клітини проміжних і кінцевих продуктів у каталітичній реакції пов’язані з молекулярним ситом. Тому структура молекулярних сит є фундаментальним питанням у вивченні матеріалів молекулярних сит.
Структурний підрозділ
По-перше, провести дослідження найпростіших базових структурних вузлів. Взагалі кажучи, цеолітні молекулярні сита утворюються шляхом укладання тетраедрів через спільні вершини, тому один тетраедр є основною структурною одиницею (тетраедр TO4). Наприклад, для цеолітового молекулярного сита силікаліту-1 його основною структурною одиницею є силікокисневі тетраедри ([SiO4] 0), і ця тетраедрична структурна одиниця виявляє електричну нейтральність. Ці кремнієво-кисневі тетраедри з’єднані спільними атомами кисню, утворюючи цеолітове молекулярне сито зі структурою MFI. При синтезі в його порах присутні темплатні агенти та адсорбована вода. Звичайно, коли в системі синтезу присутній алюміній, існує два типи тетраедрів: кремнієво-кисневі тетраедри ([SiO4] 0) і алюмінієво-кисневі тетраедри ([AlO4] -), а алюмінієво-кисневі тетраедри мають негативну заряд. Збираючи та синтезуючи молекулярні сита з MFI-структурою кремнію та алюмінію, ця структура сама несе певний негативний заряд, тому її потрібно збалансувати додатковими катіонами, щоб зробити її остаточно електрично нейтральною в цілому. Фосфорно-алюмінієве молекулярне сито строго складається з фосфорно-кисневих тетраедрів ([PO4]+) і алюмінієво-кисневих тетраедрів ([AlO4] -) з електрично нейтральним скелетом. Звичайно, у зв'язку між первинними структурними одиницями необхідно дотримуватися правила Левенштейна: у кремнієво-алюмінієвій скелетній структурі алюміній не може бути поруч один з одним; У каркасній структурі фосфату, такій як SAPO-34, алюміній не може бути поруч із двовалентними або тривалентними атомами металу, а фосфор не може бути з’єднаний із кремнієм чи фосфором.
вторинна будівельна одиниця
Скелетна структура молекулярних сит утворена кінцевими або нескінченними зв'язками первинних структурних одиниць. Кінцеві структурні одиниці, такі як вторинні структурні одиниці, зазвичай відносяться до багатокомпонентних кільцевих структур, що складаються з тетраедрів TO4, які мають спільні атоми кисню з фіксованою точкою та з’єднані різними способами. Загальні кільцеві структури включають чотиричленні кільця, п’ятичленні кільця, шестичленні кільця, подвійні чотиричленні кільця та подвійні шестичленні кільця. Зараз виявлено 18 типів вторинних структурних одиниць. Наприклад, вторинна структурна одиниця 4-4 представляє два четвертинних кільця, а саме подвійні четвертинні кільця. Оскільки ми знайомі з молекулярними ситами типу А, вони утворюються шляхом з’єднання клітин SOD з подвійними четвертинними кільцями для утворення цеолітних молекулярних сит. Звичайно, SBU, про який ми говоримо, є лише топологічною одиницею в теоретичному сенсі, щоб краще зрозуміти та пояснити структуру цеолітних молекулярних сит, і не може розглядатися як реальний вид у процесі кристалізації цеолітних молекулярних сит.
Конструкційна одиниця у формі клітки
У скелеті молекулярних сит є характерна клітинна структурна одиниця, яка описується на основі кількох кілець, які визначають їхні багатогранники. Наприклад, знайома клітка SOD складається з восьми гексагональних кілець і шести четвертинних кілець, які зазвичай називають абревіатурою 4668. Різні скелети молекулярного сита міститимуть однакові клітинні структурні одиниці, іншими словами, одна й та сама клітинна структурна одиниця утворюватиме різні типи структур скелета молекулярного сита за допомогою різних методів з’єднання. Класичним прикладом є клітка SOD.
Цеолітове молекулярне сито SOD утворено копланарним з’єднанням між клітинами SOD; Клітини SOD з'єднані подвійними четвертинними кільцями, утворюючи молекулярні сита типу LTA; Клітини SOD з’єднані подвійним шестикутним кільцем, утворюючи цеолітні молекулярні сита FAU та EMT.
Крім того, в каркасній структурі цеолітних молекулярних сит часто зустрічаються деякі характерні ланцюги, двовимірні три з’єднані мережеві шари та періодичні структурні одиниці (PBU). П’ять найпоширеніших структур, подібних до ланцюга, це ланцюг Pentasil, подвійний зигзагоподібний ланцюг, подвійний зигзагоподібний ланцюг, подвійний осьовий ланцюг і короткий стовпчастий ланцюг. Ланцюг Pentasil, що складається з клітин, спільних краями, є характерним ланцюгом сімейства цеолітних молекулярних сит із високим вмістом кремнезему. Найбільш типова каркасна структура MFI складається з ланцюгів Pentasil. Паралельне укладання двовимірних трьох зв’язаних мережевих шарів утворює тривимірну чотиризв’язану скелетну структуру шляхом з’єднання трьох з’єднаних вершин, орієнтованих вертикально. Наприклад, скелетна структура типу ГІС складається з двовимірної структури мережевого рівня 4,82, з’єднаної вертикально.