斜发沸石在不同晶化阶段的微观结构和分形特征及其对CO2和CH4的吸附性能

刘明; 徐若涵; 王浩男; 包子平; 孙继红; 李志宏

北京工业大学学报 ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (11) : 1374 -1384.

斜发沸石在不同晶化阶段的微观结构和分形特征及其对CO₂和CH₄的吸附性能

刘明, 徐若涵, 王浩男, 包子平, 孙继红, 李志宏

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摘要

采用同步辐射小角X射线散射（small angle X-ray scattering,SAXS）技术，并结合X射线衍射光谱（X-ray diffraction,XRD）、扫描电镜（scanning electron microscope,SEM ）、傅里叶变换红外（Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR）光谱和N₂吸脱附等温线等表征手段，阐述了斜发沸石（clinoptilolite,CP）在不同晶化过程中的分形演变规律。基于分形理论、Porod定律和距离分布函数曲线的分析可知，CP在水热晶化过程中主要包括诱导期（0～29 h）、生长期（29～40 h）和稳定期（40～72 h） 3个阶段:在诱导期，分形结构随着晶化时间延长由松散的质量分形逐步向致密的表面分形转变，并伴随着硅铝酸盐粒子从70 nm增加到90 nm，然后再溶解和快速成核;在生长阶段，硅铝酸盐粒子逐步增加的表面分形维数与其水合界面层厚度变化揭示了硅铝酸盐反应活性是快速形成CP的主要驱动力;在稳定阶段，无序的片层结构进一步堆集为高度有序的CP晶体。最后，初步分析了不同晶化阶段合成的CP分别对CO₂和CH₄的吸附性能及其吸附热。