沸石這種特殊的巖石具有多孔結(jié)構(gòu),可以將水捕獲在內(nèi)部,還可以捕獲可引起化學(xué)反應(yīng)的原子和分子。這就是為什么沸石作為催化劑或加速化學(xué)反應(yīng)而不會傷害物質(zhì)自身的原因。目前,沸石在藥物和能源行業(yè)以及其他行業(yè)發(fā)揮著魔力。對于石化產(chǎn)品,其將大的碳?xì)浠衔锓肿臃纸獬善?,并進一步分解成各種石油副產(chǎn)品。目前,流化催化裂化和加氫裂化等應(yīng)用嚴(yán)重依賴沸石。
目前,很多科學(xué)家還在實驗室中分析研究天然沸石的應(yīng)用功能。休斯頓大學(xué)的Abraham E. Dukler化學(xué)和生物分子工程教授Jeffrey Rimer在Nature Synthesis期刊上發(fā)表了一篇綜述,總結(jié)了過去十年中使用的方法制備具有納米尺寸和分層結(jié)構(gòu)的最先進的沸石。研究結(jié)果強調(diào),越小越好,結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。
這些特性對其在廣泛的工業(yè)應(yīng)用中的性能至關(guān)重要。值得注意的是,沸石粉的小孔對涉及催化或分離的過程施加了擴散限制,在這些過程中,小分子必須進入孔而不受焦炭等殘留材料積聚的阻礙,這是一種堵塞孔隙的碳質(zhì)沉積物,”Rimer報告說?!斑@需要新的方法來制備尺寸更小、表面積更大的沸石,這是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù),因為很少有沸石可以制備出尺寸小于 100 納米的沸石。”帶有翅片的沸石是一類全新的多孔催化劑,它使用獨特的納米尺寸特征,通過允許分子跳過限制反應(yīng)的障礙來加速化學(xué)反應(yīng)。
Rimer還研究了數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)的出現(xiàn)如何幫助沸石設(shè)計,并為這一不斷增長的研究領(lǐng)域提供了未來的視角。這有助于構(gòu)成Rimer認(rèn)為勢在必行的“新方法”,從而帶來將計算和大數(shù)據(jù)分析注入到將沸石合成從試錯法轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕獌?yōu)勢的主要優(yōu)勢。此外,Rimer表示,加快沸石的結(jié)晶過程,加快沸石本身的反應(yīng),將帶來許多社會經(jīng)濟優(yōu)勢。改進的沸石設(shè)計包括開發(fā)用于能源應(yīng)用的改進催化劑(包括替代能源的進步),用于調(diào)節(jié)影響環(huán)境的排放的新技術(shù)和分離以改進對石油精煉、化學(xué)品生產(chǎn)和水凈化產(chǎn)生影響的工業(yè)過程。