近年來沸石分子篩膜因在分離、催化、傳感和防腐等研究領域具有重要的應用價值而引起廣泛關注。其中,?具有優先取向微觀結構的沸石分子篩膜由于能夠顯著降低客體分子在膜內的擴散路徑并減少膜內的晶間界缺陷密度,?成為膜分離學科的研究重點。

沸石分子篩膜具有規整的孔道結構、優異的熱穩定性與化學穩定性、理想的機械強度以及良好的活化活性,在分離、催化、傳感和防腐等研究領域具有重要的潛在應用價值。?大量研究結果表明,沸石分子篩膜內部晶粒取向將顯著影響膜材料的微觀結構,進而對其應用性能產生重要影響。?因此,高度取向沸石分子篩膜的制備已成為該研究領域的熱點。?以具有MFI型拓撲結構的沸石分子篩膜為例,由于其骨架結構由正弦曲線孔道(a?軸取向,0.51 nm×0.55 nm)和直孔道(b?軸取向,0.53 nm×0.56 nm)相互交叉構成,當晶體沿不同方向生長時,膜內的孔道結構差異很大,相應地,將對其傳質特性產生重要影響。?與任意取向的MFI沸石膜相比,當晶體以b-軸方向垂直于載體表面生長時,膜內部晶間隙缺陷將顯著減少,膜厚和傳質阻力也將相應降低,這將對提升其滲透通量和分離選擇性起到關鍵性的作用。

取向晶種法制備沸石分子篩膜-國投盛世

為進一步提高氣-液界面處沸石晶種的取向排布驅動力,Hedlund等在將MFI沸石晶種分散液注向氣-液界面的同時,在液體底部引入磁力攪拌,通過動態界面自組裝的方式在不同載體表面均淀積出高質量b-軸取向MFI沸石晶種單層。并且,部分研究者在原有工作基礎上進一步發展了湍流氣-液界面輔助自組裝技術用于二維MFI沸石納米片取向晶種單層自組裝。該方法通過引入循環水泵,使容器中的水體時刻處于湍流狀態。當含有MFI沸石納米片的仲丁醇懸浮液注射至空氣-水界面時,重力作用下MFI沸石納米片更傾向于以最大晶面與水層接觸,從而有效避免垂直方向上晶種的無序堆疊以及a-軸取向晶種的存在;同時,處于湍流狀態的氣-液界面導致晶種面內組裝的驅動力增加,進而顯著提升了二維MFI沸石納米片間的緊密排列程度。

?取向晶種法制備沸石分子篩膜-國投盛世

目前取向沸石分子篩膜的相關研究仍處于實驗室階段。為提高制膜效率及重復率,通常采用非對稱多層分級陶瓷片作為載體。上述多孔載體雖然表面平整、易于修飾,但傳質阻力較大且單位膜面積造價較高。因此選用高通量廉價多孔載體(如熱穩定好的中空纖維)代替傳統陶瓷載體用于生長取向沸石分子篩膜是當前亟需解決的問題。