沸石膜因具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性、理想的機械強度及良好的催化活性,在分離、催化、傳感和防腐等研究領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值.為保證生長過程晶體充足的生長動力,目前制備沸石膜的溫度普遍較高(通常>100 ℃),由此導致反應(yīng)必須在密閉高溫高壓反應(yīng)釜中進行,這無疑增加了制膜難度、生產(chǎn)能耗與設(shè)備成本,同時自生壓條件還需考慮操作的安全性問題.近年來,通過熱回流、微波加熱及使用高活性硅源的方式,研究學者們可將沸石膜的合成溫度進一步降低,而無外加能量下實現(xiàn)沸石膜的室溫可控合成具有重大的經(jīng)濟和環(huán)境效益,但仍面臨巨大挑戰(zhàn).

近日,精細化工國家重點實驗室劉毅教授團隊在化學領(lǐng)域Top期刊Journal of American Chemical Society上發(fā)表了題為“Room-Temperature Synthesis of Zeolite Membranes toward Optimized Microstructure and Enhanced Butane Isomer Separation Performance”的研究論文,并被遴選為當期封面文章(Supplementary Journal Cover).該工作開發(fā)了一種低溫MFI沸石膜制備新技術(shù)(圖1):通過調(diào)節(jié)前驅(qū)液老化及氟化銨引入來配制高活性凝膠液,以此為營養(yǎng)源進行晶種層的外延生長,首次成功在室溫條件下制備了連續(xù)致密的純硅MFI沸石膜.得益于氟離子的礦化效應(yīng)以及室溫下更為可控的成核與生長動力學,MFI沸石膜的晶間界結(jié)構(gòu)及膜厚得以精細調(diào)控,其n-/i-C4H10分離性能也得到極大提升.氣體滲透結(jié)果表明,最優(yōu)測試條件下,室溫制備MFI沸石膜的n-/i-C4H10選擇性接近100,n-C4H10滲透通量高達5.2×10-7mol/(m2·s·Pa),為目前文獻報道最高值.同時,亦成功在室溫條件下制備了高度b-軸取向且無孿晶的MFI沸石膜.該工作為簡便、高效調(diào)控分子篩膜微結(jié)構(gòu),并實現(xiàn)進一步性能提升提供了新思路.

論文第一作者為大連理工大學化工學院劉益博士后,通訊作者為大連理工大學劉毅教授.該研究得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金、遼寧省興遼英才計劃項目、霍英東教育基金會、國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體科學基金、大連市科技創(chuàng)新基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金的資助支持.

鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00009.