沸石是一類微孔材料,在催化、離子交換或氣體分離等大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中具有巨大價(jià)值。除了天然存在的變體外,沸石是使用水熱合成法合成的,需要超過100°C的溫度和長達(dá)數(shù)周的反應(yīng)時(shí)間。此外,特定應(yīng)用可能需要更復(fù)雜的合成條件、昂貴的試劑或合成后的修改。其中一些問題可以通過使用重新出現(xiàn)的機(jī)械化學(xué)技術(shù)來解決。2014年,Majano等人。回顧了空間并概述了在天然沸石化學(xué)中使用機(jī)械力的幾種可能性。從那時(shí)起,該領(lǐng)域已經(jīng)看到更多的出版物采用機(jī)械化學(xué)方法來進(jìn)一步改進(jìn)沸石材料的合成和性能。用途范圍從原材料的活化,使廣泛使用的催化劑的合成在持續(xù)時(shí)間、原子效率和廢物產(chǎn)生方面更加經(jīng)濟(jì),到材料的合成后改性,從而改善目標(biāo)應(yīng)用的性能。

沸石科學(xué)中機(jī)械化學(xué)的新途徑-國投盛世

在過去的幾十年里,機(jī)械化學(xué)越來越受歡迎,特別是作為一種可能的解決方案,可以解決幾個(gè)化學(xué)分支中常規(guī)合成和工藝的各種缺點(diǎn)。通常,化學(xué)反應(yīng)和轉(zhuǎn)化是在溶液中進(jìn)行的,不僅會(huì)產(chǎn)生所需的產(chǎn)品,還會(huì)產(chǎn)生大量的廢溶劑。這在經(jīng)常使用有毒和致癌鹵化溶劑的有機(jī)化學(xué)中尤為重要。即使是通常被認(rèn)為是無害的化合物,如乙醇和廢水,它們?cè)跓o機(jī)化學(xué)和材料科學(xué)中更為普遍,也可能不得不作為特殊廢物處理。解決這一普遍問題的一個(gè)有前途的解決方案是采用機(jī)械化學(xué)合成方法,這種方法只需要少量溶劑,有時(shí)甚至可以在沒有液體的情況下進(jìn)行。

沸石科學(xué)中機(jī)械化學(xué)的新途徑-國投盛世

沸石是最重要的一類多孔材料。它們可用于多種大規(guī)模工業(yè)過程,例如用作催化劑和用于氣體分離的膜材料。在結(jié)構(gòu)上,這些微孔鋁硅酸鹽由四面體TO4單元組成,其中T原子(Si、Al)通過氧橋連接。可能的T-O-T角范圍很廣,產(chǎn)生了大量的框架,最重要的是它們的孔結(jié)構(gòu)和連通性不同。沸石是天然存在的,但也可以在實(shí)驗(yàn)室中通過在水熱條件下合成這些材料來制造。隨著時(shí)間的推移,研究人員改進(jìn)并優(yōu)化了這種水熱工藝的合成條件,再加上可用T原子(Ge、P、Sn、Ti等)池的擴(kuò)展,如今已識(shí)別出250多種獨(dú)特的骨架類型。目前,通過上述水熱法以外的方法獲得合成沸石的情況屈指可數(shù)。對(duì)于最重要的一類沸石材料,鋁硅酸鹽,只有高溫、高壓、長反應(yīng)時(shí)間(通常為數(shù)天至數(shù)月)、合適的水性介質(zhì)(通常為強(qiáng)堿性)、合適的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的存在的特定組合準(zhǔn)確比例的充足源材料可產(chǎn)生純凈的產(chǎn)品。必須滿足這些條件才能形成沸石相,這在熱力學(xué)上不如石英或方英石等密度較大的多晶型物有利。