利用近红外光谱技术追踪沸石微孔内的水分吸附动态

《The Journal of Physical Chemistry C》：Water Adsorption Dynamics within Zeolite Micropores Tracked by NIR Spectroscopy

氢氧化镁改性Y沸石与MS-13X沸石的水吸附行为及红外光谱研究表明，两者最大吸附量分别为17.02和15.04 mmol/g，对应2.1和2.5水合层。NIR光谱显示孤立水分子在5320 cm?1处吸收，大气湿度下形成氢键簇并出现5190 cm?1宽峰。热脱附过程显示吸收带随温度变化发生位移和强度衰减，500℃脱水后再吸附时，5284 cm?1峰先出现，当吸附量超过7.1 mmol/g后，5254 cm?1峰显现，证实多层吸附中氢键作用增强。

　　

采用热重分析-差热分析（TG-DTA）和近红外（NIR）光谱技术研究了H₂O分子在MS-13X沸石和Mg²⁺/H⁺/Y沸石上的吸附行为。结果显示，MS-13X沸石的总H₂O吸附量为15.04 mmol/g，Mg²⁺/H⁺/Y沸石的总H₂O吸附量为17.02 mmol/g，分别相当于2.5层和2.1层H₂O分子。NIR光谱分析表明，干燥后的MS-13X沸石在5320 cm^–1处出现吸收峰，这归因于H₂O分子与Na⁺位点的相互作用；当暴露于大气湿气中时，在5190 cm^–1附近出现宽吸收峰，表明形成了氢键结合的H₂O簇。对于Mg²⁺/H⁺/Y沸石，氢键结合的H₂O簇的吸收峰位于5254 cm^–1，该吸收峰在150 °C以上脱附过程中强度减弱并移至5284 cm^–1。在500 °C下完全脱附H₂O后，通过冷却过程监测H₂O分子的再吸附情况：在初始吸附阶段，5284 cm^–1处的吸收峰重新出现；当H₂O吸附量超过单层阈值（7.1 mmol/g）时，5254 cm^–1处的吸收峰重新出现，表明H₂O分子之间形成了氢键（即多层吸附现象）。