采用水热处理方法合成了具有不同硅铝比的超稳Y型分子筛，考察了苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和乙酸乙酯与水在Y分子筛表面的竞争吸附。结果表明，随着Si/Al比的增加，Y分子筛表面的有机分子选择性吸附位数量增加，有机分子竞争吸附能力增加。低硅Y型分子筛只有在吸附偶极距＞1.0的高极性有机分子时才能与水分子产生有力的竞争吸附，而高硅超稳Y分子筛则对偶极距在0～0.5范围的有机分子就表现出很强的竞争吸附能力。
实验部分
1.1超稳Y分子筛制备
取NaY分子筛原粉(标号为NaY-3)加入到1.0mol/L的(NH4)2SO4溶液中，升温至90℃下交换2h，然后用蒸馏水洗涤3次，110℃烘干，得到一次交换的样品，重复以上步骤，可得到NH+4交换二次的NH4Y型分子筛。经NH+4交换后的Y分子筛在650℃下进行水热处理5h(蒸气流量10mL/min)，得到超稳分子筛，标号为USY-8。
取USY-8分子筛重新用1.0mol/L的(NH4)2SO4溶液在90℃下交换一次，然后用蒸馏水洗涤3次，110℃烘干。经NH+4交换后的USY-8分子筛在650℃下再进行水热处理5h(蒸汽流量5mL/min)，得到超稳分子筛，标号为USY-22。
1.2分子筛表征
样品比表面积、孔体积和吸脱附曲线在Micro-meriticsASAP2010C型吸附仪上测定，以N2为吸附质。吸附测定之前，样品于250℃下脱气2h以上。样品的比表面积采用BET法计算;XRD测试采用瑞士ARL公司SCINTAGX’TRA高分辨多晶X射线衍射仪。实验条件:CuKa源，管压40kV，管流50mA，扫描范围:10°～50°，步长0.02°。
a———晶胞参数(nm);
λ———x射线波长(nm);
h，k，l———晶面指数;
θ———x射线衍射角(°)。
分子筛骨架硅铝比计算如下［16］:
1.3吸附实验
通过控制三路气体流量比例，可以较精确的控制有机废气的浓度和相对湿度。吸附尾气经六通阀进入在线色谱(GC9790)分析有机物浓度。吸附管直径为1.0cm。
而有机物的平衡吸附容量则通过吸附穿透曲线确定，其计算公式如下:
式中:
q———单位质量吸附剂对甲苯的平衡吸附量(g/g);
F———有机废气体积流速(mL/min);
Ci———有机废气出口浓度(mg/m3);
C0———有机废气进口有机物浓度(mg/m3);
W———吸附剂重量(g);
结果与讨论
2.1超稳Y分子筛结构表征
图2给出了NaY分子筛和经过水热脱铝改性的超稳Y分子筛的XRD图，由图2可知，3种分子筛均呈现典型的八面沸石型立方晶系结构。随着水热脱铝程度的增加，衍射峰强度下降，结晶度遭到一定的破坏。并且骨架铝的脱除会导致Y分子筛的晶胞收缩，其XRD特征衍射峰位置向大角度迁移，根据2θ值的变化值，利用公式可分别计算出Y型分子筛的硅铝比值。由表1可知，经水热一次脱铝的USY-8分子筛硅铝比(n(Si)/n(Al))达到8.15，经二次交换的USY-22硅铝比达到22.16。但在硅铝比增大的同时，分子筛的比表面积出现一定程度的下降，这表明水热过程中，铝的逐步脱除会造成结构的部分坍塌。同时使骨架上Al—O键处于断裂或半断裂状态，在原Y沸石的晶体场中以方钠石笼为单位进行结构重排，最终可以在保持较高结晶度的条件下形成二次孔，出现部分介孔结构。
图3在水汽存在下的分子筛吸附VOCs的穿透曲线
2.2不同VOCs与水汽的竞争吸附
5种VOCs在USY-8分子筛吸附穿透曲线见图3(b)，发现有机分子和水分子同样可以在分子筛表面共吸附，但吸附饱和后，水分子不会占据有机分子的吸附位。并且随着有机分子种类和极性的不同，其吸附量也存在较明显的差异。这说明分子筛经过水热超稳化处理后，表面出现一些对有机分子具有选择性吸附的位置，这些吸附位会随着有机分子种类的不同而表现出不同的选择性。其中非极性的苯分子穿透最快，吸附量只有0.035g/g，而极性最强的乙酸乙酯穿透最慢，吸附量可达到0.1465g/g。
由于Y分子筛在水热处理过程中，会导致比表积下降，为排除由比表面积下降引起的吸附量变化，我们计算了分子筛单位比表面积有机分子和水的吸附摩尔量(表2)，从表2可知，有机分子吸附量随着硅铝比增加而增加，而水的吸附量随着硅铝比增加而下降。这种趋势对于弱极性的有机分子其变化最为明显。但从水的吸附量看，其单位面积吸附量并不随着硅铝比呈单调变化，当硅铝比大于8时，分子筛对水的吸附量只有略微下降。这表明水热处理后的Y分子筛结构的部分坍塌以及二次扩孔，可能会造成一些有机分子无法进入微孔孔道，而这些微孔孔道成为水分子的有利吸附位，从而使水吸附量并不随硅铝比的增加而明显下降。
结论
(1)低硅NaY分子筛通过硫酸铵交换和水热处理，可以制备得到高硅铝比的超稳Y分子筛。Al的逐步脱除会造成结构部分坍塌，同时微孔比表面积所占比例减少，孔道存在二次扩孔现象。
(2)低硅NaY分子筛表面吸附的有机分子会出现被水分子取代的现象，随着Si/Al比的增加，Y分子筛表面的有机分子选择性吸附位数量增加，有机分子竞争吸附能力增加。
(3)低硅Y型分子筛只有在极性＞1.0的有机分子中才能与水分子产生有力的竞争吸附，而高硅超稳Y分子筛则对极性在0～0.5范围的有机分子就表现出很强的竞争吸附能力。