沸石化學讀書報告

在沸石上修飾介孔——及其方法、性質以及應用簡介當今社會，越來越需要綠色節能型的科技。其中之一的新材料便是多孔物質。這些材料具有很高的比表面積，而且具有很高的化學活性以及選擇性吸附。沸石是一種多孔的且孔徑都是分子尺寸的晶體，因此它與不同尺寸和形狀的分子有一定的選擇性。沸石常常被使用于催化劑，分子篩。這是因為他們具有非常均一的，高比表面積的小孔。沸石最大的缺點就是沸石孔道小（0.8nm），孔容小（<1.5nm），對于反應物擴散的影響就非常大。在工業上已經證實了質量傳輸的限制對反應起著一個很大的作用。為了克服這個困難，人們想到：把沸石的孔做大;將沸石顆粒做小;把大孔植入沸石中。其一，當沸石的孔道達到了1.5nm以后，其孔徑就很難增加了。其二，縮小顆粒的尺是一種減少擴散路徑的方法，但有報道說如果把沸石顆粒做到100nm以下，那么微孔的增多會導致催化活性的降低。另外沸石小顆粒還會帶來一個回收的困難，以及其整體穩定性的降低。與微孔的分子篩（<2nm）相比，介孔中分子遷移速度要快的多，這也正是催化劑所要求的。于是把介孔分子篩植入沸石就成為了熱門。這篇綜述囊括了最近5年，人們在實驗和理論方面的成果。常規介孔硅材料介孔材料是既沸石后的又一大熱點。如MCM-41系列，其介孔組成的形狀成六角形，它的孔徑有1.5nm到10nm不等。隨著合成條件的改進，其他介孔材料也相繼出現。隨后出現的層狀結構的FSM系列，M41s系列，MSU系列，SBA系列等等。介孔修飾的沸石既然沸石和介孔材料都有各自的優點與缺點，可以想辦法將他們的優點融合在一起。主要在沸石中引入介孔的方法一是脫鋁等化學處理方法；二是一些模板法：大孔的模板法——碳基材料能在ZSM-5中產生10nm到10nm的孔徑；納米級別的模型——對小顆粒ZSM-5在內部修飾介孔。利用NaOH對沸石骨架腐蝕利用NaOH選擇性的將Si原子拉出骨架，可以知道介孔最初都是先從沸石的邊界處以及缺陷位產生的。右圖是一個不同硅鋁比腐蝕程度的簡圖，可以看到當硅鋁比越大時，其腐蝕硅的程度也越大。水熱及化學處理這種方法能對結構做一定的處理，同樣能對路易斯和布魯斯特酸位產生一定影響。通過這種方法，能夠在沸石中產生5-50nm的介孔。圖：77k時一些Y沸石的N2吸附曲線：(a)NaY(CBV100);(b)USY(CBV400,steamedonce);(c)XVUSY(CBV780,steamedtwiceandacidleached);(d)HMVUSY(high-mesoveryultrastableY).我們可以明顯的看到，水蒸汽處理過的Y沸石其介孔有一個顯著的增加。帶有內部介孔結構的納米尺度的沸石第一種是在帶有介孔孔的模板中長出納米級的ZSM-5。第二種是在沸石表面負載碳基材料后將其煅燒然后再表面產生介孔。模板法（在制備過程中使用）碳基材料模板，多壁碳管及碳納米線模板。上圖是碳管的一個修飾過程。最后再將其煅燒便能得到介孔結構。碳介孔材料模板直接模板法合成還是現在被使用最多的方法，在于它的靈活多變。碳的氣象凝膠模板法我們簡稱為CA，是在凝膠狀態下，將碳作為模板的方法。聚合物氣象凝膠模板法。總結上面的方法都很成功的在沸石中產生了介孔結構，這必然引起人們對這個領域更多的關注。這篇文章對介孔沸石在性能，以及制備的條件、環境等進行了一個簡單的回顧。對沸石采用了各種各樣不同的后續處理；其中堿腐蝕、水熱處理、及其他化學處理手段是最常用的方法。沸石經過處理后具有了部分介孔材料的性質。新型的雙重模板法是用碳材料，在制備完成后就可以將碳燒掉。在很多商業化的例子中（例如重油的裂化），用堿或者水熱處理的沸石受到非常大的重視。其巨大的潛能和潛在的商機和最近的它的新型模板法是分不開的。這就預示著這種新型的修飾有介孔的沸石，必定會產生一系列令人吃驚的應用。讀后感作者顯然已經深入到了這一領域的前沿，并非常了解這個領域里的每一個進展。這篇綜述首先在文章開頭給人提了一個問題：既然介孔有這么多的好處，而沸石沒有，那么我們能干些什么事了？然后，作者引出了在沸石上修飾介孔的途徑這個最有希望的方案。接下來，作者介紹了到目前為止合成出來的介孔材料體系，使人們知道了介孔材料確實是當前的一個熱門。隨后再引出在沸石上修飾介孔的各種例子。介孔材料和沸石由于介孔和微孔孔徑的不同，是兩個不同哦材料。通過這樣處理后得到的物質可以稱之為交叉材料，它可能在性能上比會沸石好——擴散性好了、孔容提高了。但是這樣也有可能對沸石原本的骨架造成一定的破壞，穩定性也有可能降低。不管是水熱、堿腐蝕等后續處理過的樣品，還是利用模板法制作出來的樣品，對他們的性能都做了各種測定，最后是我們可以看到：1極小部分沸石的晶體結構會被破壞，很多樣多樣品也只是在本身缺陷處形成了介孔；2其擴散性能確實比沸石好了不知多少，達到幾倍之多，各類氣體吸附數據也說明了這一點；3而且其重量也降低了，對其應用很有利。如果我們得到了這樣一種材料。它沸石的性能也有，介孔的性能也有，而且穩定不降低，其重量也降低了，這就是材料學上的一個重大進步，并有可能進一步發展到工業化。個人以為其中的碳基模板法想法確實獨到，讓人耳目一新，這種方法在很多方面都要優于后續處理的樣品。用碳基模板法合成的材料，首先它的均一性非常好，而水熱或堿腐蝕的，他們產生的大部分介孔則都集中在表面而且多產生于缺陷處——這樣他們的實際性能會大大折扣。碳基模板法結合了最新的研究碳材料的潮流，又是一個前沿的交叉學科，它勢必在今后會得到非常大發展。參考文獻：YoushengTao,HirofumiKanoh,LloydAbrams,andKatsumiKaneko；Mesopor