沸石是一類微孔材料,在催化、離子交換或氣體分離等大規模工業應用中具有巨大價值。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的溫度和長達數周的反應時間。此外,特定應用可能需要更復雜的合成條件、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的機械化學技術來解決。2014年,Majano等人。回顧了空間并概述了在天然沸石化學中使用機械力的幾種可能性。從那時起,該領域已經看到更多的出版物采用機械化學方法來進一步改進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時間、原子效率和廢物產生方面更加經濟,到材料的合成后改性,從而改善目標應用的性能。

沸石科學中機械化學的新途徑-國投盛世

在過去的幾十年里,機械化學越來越受歡迎,特別是作為一種可能的解決方案,可以解決幾個化學分支中常規合成和工藝的各種缺點。通常,化學反應和轉化是在溶液中進行的,不僅會產生所需的產品,還會產生大量的廢溶劑。這在經常使用有毒和致癌鹵化溶劑的有機化學中尤為重要。即使是通常被認為是無害的化合物,如乙醇和廢水,它們在無機化學和材料科學中更為普遍,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有前途的解決方案是采用機械化學合成方法,這種方法只需要少量溶劑,有時甚至可以在沒有液體的情況下進行。

沸石科學中機械化學的新途徑-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模工業過程,例如用作催化劑和用于氣體分離的膜材料。在結構上,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,產生了大量的框架,最重要的是它們的孔結構和連通性不同。沸石是天然存在的,但也可以在實驗室中通過在水熱條件下合成這些材料來制造。隨著時間的推移,研究人員改進并優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)池的擴展,如今已識別出250多種獨特的骨架類型。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。對于最重要的一類沸石材料,鋁硅酸鹽,只有高溫、高壓、長反應時間(通常為數天至數月)、合適的水性介質(通常為強堿性)、合適的結構導向劑的存在的特定組合準確比例的充足源材料可產生純凈的產品。必須滿足這些條件才能形成沸石相,這在熱力學上不如石英或方英石等密度較大的多晶型物有利。