沸石分子筛

发布时间:2009-08-27

  

  沸石分子筛在自然界中即可存在,人工大量合成是从上世纪70年代开始。它具有晶体的结构和特征,表面为固体骨架,内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接,分子由孔道经过。由于孔穴的结晶性质,分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附,也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子,因而被形象地称为"分子筛"。分子筛的组要组成有硅铝元素,也可以根据需要进行掺杂和负载各种元素。以上主要是指微孔分子筛也就是孔径小于20个埃的的分子筛。现在研究较热门的介孔分子筛出现于上个世纪90年代,以MCM系列为代表。

  分子筛结构稳定,耐水热处理和高温处理。其用途也非常广泛,最主要的用途是在石油化工上作为催化剂,我国在这一领域的研究处于世界领先地位,2007年国家科技最高奖的获得者闵恩泽院士就是在这个领域取得了巨大的成就,突破了外国对我国的技术封锁。

  目前分子筛其应用领域已经扩展到气体吸附分离,光电转换材料,储能方面以及在生命科学领域如蛋白质固定分离、生物芯片、生物传感器等。分子筛和吸附热容量高的化学吸附材料组合研制成高比能吸附热储能材料,利用纳米中孔介质改善化学吸附材料。利用吸附过程中的吸附热储能,实现蓄热和储能,通常该方法的储能密度是普通相变材料的3~5倍。近来利用沸石分子筛的纳米微孔做模板,制造光电材料、分子器件的潜力已经展现出来。基于沸石分子筛的光、电、磁和介电材料也开始发展。酸性沸石的质子导电使制备沸石型电生色材料成为可能。无中心对称的沸石允许设计沸石压电器件,分子尺度的纳米孔穴和通道可做为高密度的信息储存和加工的介质,单维通道可控制能量的空间传输。这些皆为实现量子点、量子线和半导体超晶格展现了令人鼓舞的前景。固定和分离蛋白质的传统方法是溶胶-凝胶法,而纳米分子筛材料在孔径分布上有其独特的优越性,因此将在蛋白质分离上有其潜在的应用价值,首先利用不同孔径的介孔分子筛对不同大小的蛋白质的分离。纳米分子筛在能源、信息等领域具有广阔的应用前景。尤其是大孔分子筛在生命科学领域如蛋白质固定分离、生物芯片、生物传感器、药物的包埋和控释等方而具有广阔的应用前景。

范武刚