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(xué)穩(wěn)定性、理想的機(jī)械強(qiáng)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(jià)值.為保證生長(zhǎng)過(guò)程晶體充足的生長(zhǎng)動(dòng)力,目前制備沸石膜的溫度普遍較高(通常>100 ℃),由此導(dǎo)致反應(yīng)必須在密閉高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行,這無(wú)疑增加了制膜難度、生產(chǎn)能耗與設(shè)備成本,同時(shí)自生壓條件還需考慮操作的安全性問(wèn)題.近年來(lái),通過(guò)熱回流、微波加熱及使用高活性硅源的方式,研究學(xué)者們可將沸石膜的合成溫度進(jìn)一步降低,而無(wú)外加能量下實(shí)現(xiàn)沸石膜的室溫可控合成具有重大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,但仍面臨巨大挑戰(zhàn).

近日,精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉毅教授團(tuán)隊(duì)在化學(xué)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(dāng)期封面文章(Supplementary Journal Cover).該工作開(kāi)發(fā)了一種低溫MFI沸石膜制備新技術(shù)(圖1):通過(guò)調(diào)節(jié)前驅(qū)液老化及氟化銨引入來(lái)配制高活性凝膠液,以此為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行晶種層的外延生長(zhǎng),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(zhǎng)動(dòng)力學(xué),MFI沸石膜的晶間界結(jié)構(gòu)及膜厚得以精細(xì)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(cè)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(dá)5.2×10-7mol/(m2·s·Pa),為目前文獻(xiàn)報(bào)道最高值.同時(shí),亦成功在室溫條件下制備了高度b-軸取向且無(wú)孿晶的MFI沸石膜.該工作為簡(jiǎn)便、高效調(diào)控分子篩膜微結(jié)構(gòu),并實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(xué)化工學(xué)院劉益博士后,通訊作者為大連理工大學(xué)劉毅教授.該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計(jì)劃項(xiàng)目、霍英東教育基金會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金、大連市科技創(chuàng)新基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助支持.

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