Новости химической науки > Как увеличить размер пор в цеолитах?

Химики из Южной Кореи и США разработали метод модификации цеолитов, позволяющий получать цеолитные катализаторы, содержащие поры различного размера, в том числе и такие, которые позволяют проводить реакции с молекулами, большими по размеру, чем это было возможно ранее.

Исследователи уверяют, что новые цеолиты могут найти применение в органическом синтезе или в нефтехимической промышленности – для крекинга нефтепродуктов.

Цеолиты представляют собой большую группу близких по составу и свойствам минералов, водные алюмосиликаты кальция и натрия из подкласса каркасных силикатов. Пористое строение цеолитов наряду с большим значением площади внутренней поверхности обуславливает то, что цеолиты представляют собой один из наиболее распространенных классов гетерогенных катализаторов в химической промышленности. Цеолиты также находят применение в системах очистки воды, улавливания радиоактивных отходов. Однако практическое применение цеолитов в настоящее время ограничено размером их пор – максимально возможный к настоящему времени диаметр пор цеолитов составляет 0,8 нм, поэтому большие по размеру молекулы просто не могут войти в эти поры и участвовать в каталитических процессах.

Для получения цеолитов с иерархической структурой и большим размером пор можно использовать поверхностно-активные вещества. (Рисунок из Science, 2011, 333, 328)

В последние десятилетия ряд исследовательских групп уже предпринял попытки преодоления этого ограничения. В конце 1990-х был предложен метод, основанный на уменьшении размеров кристалла цеолита за счет его расщепления на отдельные слои, которые затем могут быть организованы в стопку (по типу колоды карт), чтобы увеличить доступность поверхности цеолита для ряда реагентов. Однако, к сожалению, в процессе получения таких стопок часто происходило разрушение исходных слоев. Другой метод получения мезопористых материалов (материалов, диаметр пор которых превышает 2нм), также разработанный в конце 90-х годов основан на использовании поверхностно-активных веществ в качестве шаблонов для синтеза пор, однако такие мезопористые материалы весьма отдаленно напоминают цеолиты, и их каталитическая активность невысока.

Рионг Риу (Ryong Ryoo) получили новый мезопористый материал, стенки которого были сделаны из кристаллических цеолитов. Для этого исследователи применили в качестве шаблона поверхностно-активные вещества, представляющие собой вторичные амины с длинными алкильными группами. В то время как алкильные группы выступали в роли шаблонов для образования пор, аммонийный фрагмент способствовал кристаллизации цеолитных слоев с меньшим размером пор. По словам Риу, ПАВ-ассистируемый синтез цеолитов, в которых присутствует микропористая/мезопористая иерархия организации внутренней поверхности, является новым словом в химии цеолитов и цеолитоподобных материалов.

Авелино Корса (Avelino Corma), специалист по химии цеолитов из Политехнического Университета Валенсии, не уверен, что новая система, полученная в группе Риу, будет в выгодную сторону отличаться каталитическими свойствами от многослойных ансамблей отдельных слоев цеолитов, построенных по типу колоды карт, но, тем не менее, считает, что работа Риу представляет собой значительный шаг вперед в области химии цеолитов.

Источник: Science, 2011, 333, 328; DOI: 10.1126/science.1204452

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #новые материалы, #химия поверхности