Cơ chế kết tinh của tinh thể nanozeolit loại FAU thu được từ dung dịch sạch theo một số cách khác với cách dùng chuyển hoá hệ gel [34]. Nó cho thấy rằng hệ ban đầu để tạo ra vật liệu loại FAU chứa các hạt không kết tinh riêng lẻ kích thước 25 ÷ 35 nm. Mỗi tập hợp không kết tinh chỉ tạo thành một tinh thể zeolit đơn lẻ, với sự tạo thành mầm luôn bắt đầu ở bề mặt biên của dung dịch gel. Mầm không tách
vật liệu tinh thể và cấu trúc loại FAU là nổi bật ở phần ngoài rồi chiếm toàn bộ thể tích hạt ban đầu.
Hình I.8. Cơ chế kết tinh Silicalite-1
Xem xét sự hình thành của các nanozeolit loại MFI và FAU từ dung dịch sạch có một sự khác nhau lớn trong cách thức tạo mầm và lớn lên của tinh thể. Mặc dù cả 2 hệ thống có vẻ giống nhau tức là cùng từ dung dịch sạch đồng thể nhưng cơ chế tạo mầm và kết tinh thì hoàn toàn khác nhau. Vật liệu loại MFI được tạo thành qua sự hình thành các hạt keo ~ 3 nm rồi lớn lên bằng cách cộng thêm các phần nhỏ Silica vào hay tập hợp lại. Còn nguyên liệu của zeolit loại FAU là các hạt keo 25 ÷ 35 nm, kích thước này được giữ nguyên trong suốt quá trình kết tinh như đã thảo luận ở trên.
Sự tạo thành tinh thể loại LTA ở nhiệt độ phòng từ một hệ gồm 0,3Na2: 11,2SiO2:1,8Al2O3:13,4(TMA)2O:700H2O đã được tiến hành và quan sát bằng HRTEM [19]. Nghiên cứu chỉ ra rằng, khung hữu cơ (TMA) tạo ra các tập hợp gồm Các khối nano
Tấm nano
Dạng trung gian
nm. Không giống như quá trình lớn lên của zeolit A ở nhiệt độ phòng, một sự quan sát thú vị là cấu trúc loại FAU chủ yếu được tổng hợp ở 100oC ở phần ngoài biên [36]. Sự khác biệt chủ yếu giữa 2 hệ thống là ở nhiệt độ sử dụng: nhiệt độ phòng và 100oC. Vì thế, gradien nhiệt tạo ra dòng đối lưu và các thay đổi hợp lý trong hệ thống có thể là nguyên nhân tạo ra mầm tinh thể ở phần ngoài để tạo nên các hạt ban đầu tạo ra zeolit loại FAU.
Có một điều rất thú vị khi so sánh quá trình hình thành cùng một loại cấu trúc zeolit dùng chất tạo cấu trúc hữu cơ và không chứa chất tạo cấu trúc hữu cơ. Mới đây, quá trình tổng hợp zeolit loại FAU không cần chất hữu cơ ở nhiệt độ phòng đã được công bố. Các giai đoạn có thể quan sát dược ở sơ đồ trong (hình I.13). Các giai đoạn chính có thể đựơc tổng kết như sau: (1) hệ tiến tới một mức độ đặc biệt của chuyển biến hoá học trước khi bắt đầu kết tinh. (2) Trong suốt quá trình kết tinh đầu tiên (độ tinh thể 10 ÷ 15%), một tinh thể lớn lên bằng cách nhân giống trong khắp pha gel. (3) Giai đoạn kết tinh thứ 2 bao gồm sự tự tập hợp của các hạt nano quanh một tâm kết tinh theo hiện tượng Ostwald. Cơ chế kết tinh này tạo ra tập hợp dạng hình cầu 100 ÷ 300 nm xây dựng bởi các hạt nano loại FAU.
Hình I.9 là một giải thích hợp lý cho nhiều cơ chế kết tinh nanozeolit. Loại FAU và LTA có đặc trưng cấu trúc tương tự nhau và thường kết tinh từ những hệ có các cấu tử thuận lợi. Tuy nhiên, quá trình hình thành của chúng được tiến hành qua các cách kết tinh khác nhau phụ thuộc vào các cấu tử ban đầu và các điều kiện được tổng hợp. Sự khác nhau của cơ chế kết tinh cũng được quan sát trong suốt quá trình hình thành vật liệu loại FAU tổng hợp trong sự có mặt và không có mặt chất tạo cấu trúc hữu cơ. Như vậy, quá trình hình thành zeolit cũng còn rất lâu nữa mới hiểu hết được và bất kỳ một thông tin mới nào cũng được hoan nghênh.
Hình I.9. Cơ chế kết tinh loại FAU từ dung dịch gel.
Các phân tích cẩn thận của hệ thống đã chỉ ra điều khác biệt cơ bản giữa qúa trình kết tinh của vật liệu loại FAU và LTA tổng hợp từ hệ chứa Na+ thấp và TMA+ cao [21]. Na+ trong hệ sẽ đẩy mạnh tạo ra dư các tập hợp các mẩu poly aluminosilicate dẫn đến tạo ra một cấu trúc gel khá thoáng. Điều đó rất có giá trị chỉ ra nơi mầm tinh thể zeolit xuất hiện trong cấu trúc gel. Những phần đó của gel gọi là “tinh thể âm”, đó là các lỗ nhỏ được điền đầy bởi hỗn hợp lỏng bị bẫy trong pha gel. Hơn nữa, hệ thống đã được cải tiến về mặt cấu trúc hoá học và sự chuyển hoá ở qui mô kích thước nano được nghiên cứu bằng TEM cùng với một loạt phương pháp phân tích bổ sung đã cung cấp các sự thật mới trong cơ chế của qúa trình tạo thành zeolit. Các giai đoạn có thể quan sát được ở sơ đồ trong hình I.9 như sau: (i) hệ tiến tới một mức độ đặc biệt của chuyển biến hoá học trước khi bắt đầu kết tinh. (ii) Trong suốt qúa trình kết tinh đầu tiên (độ tinh thể 10-15%), một tinh thể lớn lên