沸石化学读书报告

在沸石上修饰介孔——及其方法、性质以及应用简介当今社会，越来越需要绿色节能型的科技。其中之一的新材料便是多孔物质。这些材料具有很高的比表面积，而且具有很高的化学活性以及选择性吸附。沸石是一种多孔的且孔径都是分子尺寸的晶体，因此它与不同尺寸和形状的分子有一定的选择性。沸石常常被使用于催化剂，分子筛。这是因为他们具有非常均一的，高比表面积的小孔。沸石最大的缺点就是沸石孔道小（0.8nm），孔容小（<1.5nm），对于反应物扩散的影响就非常大。在工业上已经证实了质量传输的限制对反应起着一个很大的作用。为了克服这个困难，人们想到：把沸石的孔做大;将沸石颗粒做小;把大孔植入沸石中。其一，当沸石的孔道达到了1.5nm以后，其孔径就很难增加了。其二，缩小颗粒的尺是一种减少扩散路径的方法，但有报道说如果把沸石颗粒做到100nm以下，那么微孔的增多会导致催化活性的降低。另外沸石小颗粒还会带来一个回收的困难，以及其整体稳定性的降低。与微孔的分子筛（<2nm）相比，介孔中分子迁移速度要快的多，这也正是催化剂所要求的。于是把介孔分子筛植入沸石就成为了热门。这篇综述囊括了最近5年，人们在实验和理论方面的成果。常规介孔硅材料介孔材料是既沸石后的又一大热点。如MCM-41系列，其介孔组成的形状成六角形，它的孔径有1.5nm到10nm不等。随着合成条件的改进，其他介孔材料也相继出现。随后出现的层状结构的FSM系列，M41s系列，MSU系列，SBA系列等等。介孔修饰的沸石既然沸石和介孔材料都有各自的优点与缺点，可以想办法将他们的优点融合在一起。主要在沸石中引入介孔的方法一是脱铝等化学处理方法；二是一些模板法：大孔的模板法——碳基材料能在ZSM-5中产生10nm到10nm的孔径；纳米级别的模型——对小颗粒ZSM-5在内部修饰介孔。利用NaOH对沸石骨架腐蚀利用NaOH选择性的将Si原子拉出骨架，可以知道介孔最初都是先从沸石的边界处以及缺陷位产生的。右图是一个不同硅铝比腐蚀程度的简图，可以看到当硅铝比越大时，其腐蚀硅的程度也越大。水热及化学处理这种方法能对结构做一定的处理，同样能对路易斯和布鲁斯特酸位产生一定影响。通过这种方法，能够在沸石中产生5-50nm的介孔。图：77k时一些Y沸石的N2吸附曲线：(a)NaY(CBV100);(b)USY(CBV400,steamedonce);(c)XVUSY(CBV780,steamedtwiceandacidleached);(d)HMVUSY(high-mesoveryultrastableY).我们可以明显的看到，水蒸汽处理过的Y沸石其介孔有一个显著的增加。带有内部介孔结构的纳米尺度的沸石第一种是在带有介孔孔的模板中长出纳米级的ZSM-5。第二种是在沸石表面负载碳基材料后将其煅烧然后再表面产生介孔。模板法（在制备过程中使用）碳基材料模板，多壁碳管及碳纳米线模板。上图是碳管的一个修饰过程。最后再将其煅烧便能得到介孔结构。碳介孔材料模板直接模板法合成还是现在被使用最多的方法，在于它的灵活多变。碳的气象凝胶模板法我们简称为CA，是在凝胶状态下，将碳作为模板的方法。聚合物气象凝胶模板法。总结上面的方法都很成功的在沸石中产生了介孔结构，这必然引起人们对这个领域更多的关注。这篇文章对介孔沸石在性能，以及制备的条件、环境等进行了一个简单的回顾。对沸石采用了各种各样不同的后续处理；其中碱腐蚀、水热处理、及其他化学处理手段是最常用的方法。沸石经过处理后具有了部分介孔材料的性质。新型的双重模板法是用碳材料，在制备完成后就可以将碳烧掉。在很多商业化的例子中（例如重油的裂化），用碱或者水热处理的沸石受到非常大的重视。其巨大的潜能和潜在的商机和最近的它的新型模板法是分不开的。这就预示着这种新型的修饰有介孔的沸石，必定会产生一系列令人吃惊的应用。读后感作者显然已经深入到了这一领域的前沿，并非常了解这个领域里的每一个进展。这篇综述首先在文章开头给人提了一个问题：既然介孔有这么多的好处，而沸石没有，那么我们能干些什么事了？然后，作者引出了在沸石上修饰介孔的途径这个最有希望的方案。接下来，作者介绍了到目前为止合成出来的介孔材料体系，使人们知道了介孔材料确实是当前的一个热门。随后再引出在沸石上修饰介孔的各种例子。介孔材料和沸石由于介孔和微孔孔径的不同，是两个不同哦材料。通过这样处理后得到的物质可以称之为交叉材料，它可能在性能上比会沸石好——扩散性好了、孔容提高了。但是这样也有可能对沸石原本的骨架造成一定的破坏，稳定性也有可能降低。不管是水热、碱腐蚀等后续处理过的样品，还是利用模板法制作出来的样品，对他们的性能都做了各种测定，最后是我们可以看到：1极小部分沸石的晶体结构会被破坏，很多样多样品也只是在本身缺陷处形成了介孔；2其扩散性能确实比沸石好了不知多少，达到几倍之多，各类气体吸附数据也说明了这一点；3而且其重量也降低了，对其应用很有利。如果我们得到了这样一种材料。它沸石的性能也有，介孔的性能也有，而且稳定不降低，其重量也降低了，这就是材料学上的一个重大进步，并有可能进一步发展到工业化。个人以为其中的碳基模板法想法确实独到，让人耳目一新，这种方法在很多方面都要优于后续处理的样品。用碳基模板法合成的材料，首先它的均一性非常好，而水热或碱腐蚀的，他们产生的大部分介孔则都集中在表面而且多产生于缺陷处——这样他们的实际性能会大大折扣。碳基模板法结合了最新的研究碳材料的潮流，又是一个前沿的交叉学科，它势必在今后会得到非常大发展。参考文献：YoushengTao,HirofumiKanoh,LloydAbrams,andKatsumiKaneko；Mesopor