Síntese de silicalita-1 nanométrica e sua estabilidade em água líquida quente

Abstract

Zeólitas nanométricas apresentam melhorias no transporte de massa, porém frequentemente sofrem com baixa estabilidade hidrotérmica devido à elevada densidade de defeitos. Neste estudo, nanopartículas de silicalita-1, com tamanho médio de cristais sendo de aproximadamente 70 nm, foram sintetizadas por via hidrotérmica baseada na teoria clássica de nucleação e crescimento (CNG), promovendo uma nucleação homogênea rápida e limitando o crescimento cristalino por meio do controle da temperatura, do tempo de síntese e da concentração do direcionador orgânico de estrutura (TPAOH). A redução do tamanho das partículas foi governada principalmente pela diminuição da agregação dos cristalitos, e não pela redução proporcional do seu tamanho individual. Cristais menores apresentaram mais microdeformações e maior densidade de grupos silanol, o que levou a um colapso estrutural mais rápido em água líquida quente (190 °C). Uma estratégia de cura de silanóis, utilizando Na2WO4, permitiu reduzir a densidade de defeitos. No entanto, cátions Na+ residuais promoveram a degradação da estrutura devido à hidrólise. A remoção completa do sódio mostrou-se necessária para alcançar estabilidade hidrotérmica efetiva. Esses resultados evidenciam que tanto a minimização de defeitos quanto a eliminação de cátions extra-rede desestabilizantes são essenciais para a obtenção de zeólitas nanométricas estáveis em ambientes aquosos severos.

Nanosized zeolites offer improved mass transport but often suffer from limited hydrothermal stability due to high defect density. In this study, silicalite-1 nanoparticles, with an average crystal size of approximately 70 nm, were synthesized via a classical nucleation and growth (CNG) hydrothermal route by promoting rapid homogeneous nucleation while restricting crystal growth through controlled temperature, time, and concentration of the organic structure-directing agent (TPAOH). Particle downsizing was mainly governed by reduced crystallite aggregation rather than proportional crystallite shrinkage. Smaller crystals exhibited higher microstrain and a higher silanol density, leading to rapid structural collapse in hot liquid water (190 °C). A silanol-healing strategy using Na2WO4 decreased defect density. However, residual Na+ cations promoted framework degradation due to hydrolysis. Complete removal of sodium was required to achieve true hydrothermal stability. These results highlight that both defect minimization and the elimination of destabilizing extra-framework cations are essential for obtaining water-tolerant nanosized zeolites for harsh aqueous environments.