يرتبط التطبيق الواسع لمواد المنخل الجزيئي للزيوليت (مثل فصل الامتزاز والتبادل الأيوني والحفز) ارتباطًا وثيقًا بخصائصها الهيكلية. على سبيل المثال، يعتمد أداء الامتزاز والفصل على حجم المسام وحجم المسام في المنخل الجزيئي؛ يعتمد أداء التبادل الأيوني على عدد الكاتيونات وموضعها في المنخل الجزيئي، بالإضافة إلى إمكانية مرور قنواته المسامية؛ ترتبط انتقائية الشكل المعروضة أثناء العملية الحفزية بحجم المسام واتجاه المنخل الجزيئي، في حين يرتبط حجم المسام أو بنية القفص للمنتجات الوسيطة والنهائية في التفاعل الحفاز بالمنخل الجزيئي. ولذلك، فإن بنية المناخل الجزيئية هي مسألة أساسية في دراسة مواد المناخل الجزيئية.
الوحدة الهيكلية
أولاً، إجراء البحوث على أبسط الوحدات الهيكلية الأساسية. بشكل عام، يتم تشكيل المناخل الجزيئية للزيوليت عن طريق تكديس رباعيات الأسطح من خلال القمم المشتركة، لذلك فإن رباعي الأسطح الواحد هو وحدة هيكلية أولية (رباعي رباعي TO4). على سبيل المثال، بالنسبة للمنخل الجزيئي للزيوليت سيليكالايت-1، فإن الوحدة الهيكلية الأساسية له هي رباعي أسطح أكسجين السيليكون ([SiO4] 0)، وهذه الوحدة الهيكلية رباعية السطوح تظهر الحياد الكهربائي. ترتبط رباعيات أسطح الأكسجين السيليكونية هذه بذرات أكسجين مشتركة لتكوين منخل جزيئي زيوليت ببنية MFI. في عملية التوليف، توجد عوامل القالب والماء الممتز في مسامها. بالطبع، عند وجود الألومنيوم في نظام التخليق، هناك نوعان من رباعي الأسطح: رباعي الأسطح أكسجين السيليكون ([SiO4] 0) ورباعي أسطح أكسجين الألومنيوم ([AlO4] -)، ورباعي أسطح أكسجين الألومنيوم له تأثير سلبي. تكلفة. من خلال تجميع وتوليف المناخل الجزيئية ببنية MFI المكونة من السيليكون والألومنيوم، يحمل هذا الهيكل نفسه شحنة سالبة معينة، لذلك يجب موازنته بواسطة كاتيونات إضافية لجعله في النهاية محايدًا كهربائيًا ككل. ويتكون المنخل الجزيئي لألومنيوم الفوسفور بشكل صارم من رباعي أسطح أكسجين الفوسفور ([PO4]+) ورباعي أسطح أكسجين الألومنيوم ([AlO4] -)، مع هيكل عظمي محايد كهربائيًا. بالطبع، في الاتصال بين الوحدات الهيكلية الأولية، يجب اتباع قاعدة Lowenstein: في الهيكل العظمي المصنوع من الألومنيوم والسيليكون، لا يمكن أن يكون الألومنيوم مجاورًا لبعضه البعض؛ في البنية الهيكلية للفوسفات، مثل SAPO-34، لا يمكن أن يكون الألومنيوم مجاورًا لذرات فلز ثنائي التكافؤ أو ثلاثي التكافؤ، ولا يمكن توصيل الفوسفور بالسيليكون أو الفوسفور.
وحدة البناء الثانوية
يتكون الهيكل العظمي للمناخل الجزيئية من خلال وصلات محدودة أو لا نهائية للوحدات الهيكلية الأولية. تشير الوحدات الهيكلية المحدودة، مثل الوحدات الهيكلية الثانوية، عادةً إلى هياكل حلقية متعددة المكونات مكونة من رباعي الأسطح TO4 الذي يتشارك في ذرات الأكسجين ذات النقطة الثابتة ومتصلة بطرق مختلفة. تشتمل الهياكل الحلقية الشائعة على أربع حلقات أعضاء، وخمس حلقات أعضاء، وست حلقات أعضاء، وحلقات مزدوجة ذات أربعة أعضاء، وحلقات مزدوجة ذات ستة أعضاء. وما تم اكتشافه الآن هو 18 نوعا من الوحدات الهيكلية الثانوية. على سبيل المثال، الوحدة الهيكلية الثانوية 4-4 تمثل حلقتين رباعيتين، أي حلقات رباعية مزدوجة. بما أننا على دراية بالمناخل الجزيئية من النوع A، فإنها يتم تشكيلها عن طريق ربط أقفاص SOD بحلقات رباعية مزدوجة لتكوين المناخل الجزيئية للزيوليت. بالطبع، وحدة SBU التي نشير إليها ليست سوى وحدة طوبولوجية بالمعنى النظري، من أجل فهم وشرح بنية المناخل الجزيئية للزيوليت بشكل أفضل، ولا يمكن اعتبارها نوعًا حقيقيًا في عملية تبلور المناخل الجزيئية للزيوليت.
وحدة هيكلية على شكل قفص
هناك وحدة هيكلية مميزة تشبه القفص في الهيكل العظمي للمناخل الجزيئية، والتي يتم وصفها بناءً على الحلقات المتعددة التي تحدد متعددات الوجوه الخاصة بها. على سبيل المثال، يتكون قفص SOD المألوف من ثماني حلقات سداسية وستة حلقات رباعية، يتم اختصارها عادة بـ 4668. ستحتوي هياكل الغربال الجزيئية المختلفة على نفس القفص مثل الوحدات الهيكلية، وبعبارة أخرى، نفس القفص مثل الوحدة الهيكلية سيشكل أنواعًا مختلفة من الهياكل العظمية للمنخل الجزيئي من خلال طرق اتصال مختلفة. والمثال الكلاسيكي هو قفص SOD.
يتم تشكيل المنخل الجزيئي للزيوليت SOD من خلال الاتصال المستوي بين أقفاص SOD؛ يتم توصيل أقفاص SOD بواسطة حلقات رباعية مزدوجة لتشكيل المناخل الجزيئية من نوع LTA؛ ترتبط أقفاص SOD بحلقة سداسية مزدوجة لتكوين المناخل الجزيئية للزيوليت FAU وEMT.
بالإضافة إلى ذلك، في الهيكل الإطاري للمناخل الجزيئية للزيوليت، غالبًا ما يتم العثور على بعض السلاسل المميزة، وطبقات الشبكة ثلاثية الأبعاد المتصلة، والوحدات الهيكلية الدورية (PBUs). الهياكل الخمسة الأكثر شيوعًا هي سلسلة Pentasil، وسلسلة متعرجة مزدوجة، وسلسلة متعرجة مزدوجة، وسلسلة محور مزدوج، وسلسلة حجرية قصيرة العمود. سلسلة Pentasil المكونة من أقفاص مشتركة بحواف هي سلسلة مميزة لعائلة المنخل الجزيئي عالي السيليكا الزيوليت. يتكون الهيكل الإطاري الأكثر تمثيلاً لمؤسسات التمويل الأصغر من سلاسل Pentasil. يشكل التكديس المتوازي لطبقات الشبكة المتصلة ثنائية الأبعاد هيكلًا عظميًا ثلاثي الأبعاد متصلًا من خلال ربط القمم الثلاثة المتصلة الموجهة عموديًا. على سبيل المثال، يتكون الهيكل العظمي من نوع GIS من بنية طبقة شبكة ثنائية الأبعاد 4.82 متصلة عموديًا.