多級孔沸石分子篩是指含有不同孔尺寸(微孔/介孔、微孔/大孔以及微孔/介孔/大孔)的新型沸石分子篩。這種新型的多級孔沸石材料在保持傳統沸石催化活性和穩定性的基礎上,通過不同的合成策略引入貫穿整個沸石骨架的較大尺寸的介孔/大孔結構,極大地改善了小尺寸微孔所帶來的擴散傳質問題。在催化反應的過程中,反應物通過介孔/大孔孔道進入到沸石的內部活性位點發生催化反應,得到的產物隨后通過介孔/大孔孔道輸送出來,從而有效抑制了積碳現象,減緩了催化劑的失活。總之,多級孔沸石催化劑的出現,使得催化反應的發生不再局限于催化劑表面,而是充分利用整個催化劑,這極大提高了催化反應速率。更重要的是,也可以通過對多級孔沸石晶體的修飾改性,比如原位摻雜過渡金屬離子或者后期離子交換或者浸漬等負載一些金屬氧化物,進一步拓展多級孔沸石的應用領域。
沸石由于特殊的離子交換性,豐富的酸性位以及較高的水熱穩定性,因此被廣泛地應用于工業催化和分離吸附等領域。但是由于其較小的微孔尺寸(<1.5nm),在一些大分子參與的催化反應中受到極大的限制。多級孔沸石在保留傳統沸石晶化骨架、酸性位以及高水熱穩定性的同時引入了多級孔結構,可極大改善分子的擴散和傳質,減少積碳,延長催化劑的使用壽命,使其在催化領域獲得更為廣泛的應用。
早期合成介孔沸石的方法主要是通過對沸石后處理在微孔分子篩中造介孔,根據制造介孔所用的方法不同,可以分為脫鋁法、脫硅法和熱處理法。硬模板主要是指模板在合成凝膠中不與體系中的硅源或者鋁源作用,僅僅是占據空間。晶化后的樣品在焙燒或者使用其它處理方法除去介孔模板,就可以得到介孔孔道。硬模板主要包括碳材料模板和無機納米粒子模板。
由于碳模板的疏水性以及其和無機前驅體較弱的作用力,碳材料作為硬模板的合成方法一般都相對復雜。因此,有些研究人員開發了用軟模板一步水熱過程合成介孔沸石分子篩的方法,極大的簡化介孔沸石合成步驟。另外,軟模板更有利于均勻分散到整個體系中。選擇合適的軟模板,使其與無機前驅體作用力增強,將有利于其模板作用的發揮。軟模板法主要是指模板在合成凝膠中與體系中的硅源或者鋁源相互作用并形成介孔。常見的軟模板包括聚合物和有機硅烷等。
介孔沸石集中微孔、介孔分子篩材料的優點,除了擁有介孔以外,其介孔水熱穩定性和酸性也得到了改進。雖然合成介孔沸石的方法很多,但仍有很多不足之處。例如有時介孔沸石介孔孔徑太大,導致其對小分子催化反應或吸附性能的擇形選擇性降低;有些模板劑比較昂貴或合成步驟比較多等。因此,新結構、新功能的介孔沸石材料的研究將繼續發展下去,期待著它們在工業應用中發揮重要作用。