14 أنواع شائعة من المواد المسامية

يفصل UPAC المسام إلى المسامات الصغيرة (<2 نانومتر) ، mesopores أو mesopores (2 إلى 50 نانومتر) ، المسامات الكبيرة (> 50 نانومتر) وفقًا لمقياس حجم المسام ؛ وفقًا لأحدث التعريف ، تنقسم المسام إلى المسامات الدقيقة (<0.7 نانومتر) والميكروبولز (0.7-2 نانومتر) ، بينما يشار إلى الآبار الأقل من 100 نانومتر بشكل جماعي باسم المسام النانوية. فكيف تأتي أسماء مواد الحفرة هذه؟

سلسلة MCM

MCM هي اختصار لـ Mobil Composition of Matter. بشكل رئيسي من قبل باحثي Mobil Oil ، باستخدام إيثيل سيليكات كمصدر للسيليكون ، تم تصنيعه بواسطة طريقة قالب لينة تعتمد على micelle. MCM الفرسان هم MCM-41 و MCM-48 و MCM-50. MCM-41 عبارة عن هيكل مسامي سداسي ، وهو ترتيب لمسام متوسطة أسطوانية منتظمة مصنوعة من هيكل مسامي أحادي البعد. قطر Mesopore قابل للتعديل بين 2-6.5 نانومتر ، مساحة كبيرة محددة. بالمقارنة مع المناخل الجزيئية ، لا توجد مواقع حمض برونستيد في MCM-41. نظرًا لجدارها الرقيق وسعر الصرف المنخفض لوحدات السيليكون ، فإن روابط Si-O تتحلل بالماء وتعيد الارتباط المتشابك في الماء المغلي ، مما يؤدي إلى تلف بنيوي. لذلك ، الاستقرار الحراري ليس جيدًا. تم نشر الأوراق الأولى حول توليف MCM-41 في JACs في عام 1992 ، وتحتوي الاقتباسات الآن على ما يقرب من 12000 اقتباس. (J. Am. Chem. Soc.، 1992، 114 (27)، pp 10834-10843.) MCM-48 له بنية خلية ثلاثية الأبعاد مترابطة. MCM-50 عبارة عن هيكل رقائقي ولا يمكن الإشارة إليه إلا باسم "البنية المتوسطة" بدلاً من "المسامية" نظرًا لانهيار البنية الصفائحية عند إزالة الطبقة المكونة للخافض للتوتر السطحي ، ونظرًا لعدم وجود مسام ، فإن هذا ليس عميقًا. 

سلسلة SBA

SBA اختصار لـ Santa Barbara Amorphous. من بينها ، الاسم الكبير هو SBA-15. تم تصنيع SBA-15 لأول مرة بواسطة Zhao Dongyuan ، مدرس في جامعة Fudan في عام 1998 بعد إجراء دراسة عليا في Santa Barbara ، جامعة كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية. تم نشره في Science في ذلك العام وتم اقتباسه لأكثر من 10000 مرة ( العلم 23 يناير 1998: 279 ، 5350 ، 548-552.). يتم تصنيع سلسلة SBA من مواد السيليكا المسامية باستخدام طريقة قالب لينة باستخدام نوع خافض للتوتر السطحي ؛ حجم المسام قابل للتعديل في نطاق 5-30 نانومتر. يتكون SBA-15 من سلسلة من القنوات الأسطوانية المتوازية السداسية مع عدد قليل من المسام أو المسام مرتبة بترتيب عشوائي بسماكة جدار الخلية 3-6 نانومتر. نظرًا لجدران الخلايا الأكثر سمكًا في SBA-15 ، فإن الاستقرار الحراري المائي للمادة أفضل من سلسلة MCM. SBA-15 هي مادة مسامية متعددة الأبعاد تحتوي على كل من المواد المسامية. يمكنه إزالة المادة الخافضة للتوتر السطحي الموجودة في جدران المسام أثناء عملية التكليس ، مما ينتج عنه بنية صغيرة.

سلسلة HMM

HMM هي اختصار لمواد هيروشيما Mesoporous وتم تحضيرها لأول مرة من قبل باحثين من جامعة هيروشيما في عام 2009. HMM هي مادة سيليكون كروية متوسطة الحجم بحجم المسام 4-15 نانومتر وقطر خارجي قابل للتعديل من 20-80 نانومتر. في خطوة التوليف ، شكل المؤلفون أولاً قطرات مستحلب من خلال محلول مختلط بالزيت / الماء / الفاعل بالسطح ثم قاموا بزراعة السيليكون باستخدام جزيئات البوليسترين المولدة في الموقع كقالب ، مما أدى إلى السيليكا المسامية الكروية بعد إزالة القالب. (مواد صغيرة الحجم ومتوسطة الحجم 120 (2009) 447-453.)

سلسلة TUD

TUD هي اختصار لجامعة دلفت التقنية ، والمعروفة أيضًا باسم جامعة دلفت للتكنولوجيا. في المجهر الإلكتروني ، تظهر TUD-1 على شكل رغوة بمساحة 400-1000 م 2 / جم وبطانة متوسطة قابلة للضبط تتراوح بين 2.5 و 25 نانومتر. في تركيب المواد ، لا يوجد خافض للتوتر السطحي ، ويستخدم ثلاثي إيثيل أمين كعامل قالب عضوي. يمكن التحكم في بنية المسام عن طريق تعديل نسبة عامل القالب العضوي ومصدر السيليكون. (Chem. Commun.، 2001، 713-714)

سلسلة FSM

FSM اختصار لمواد صفائح Mesoporous. الترجمة الحرفية لاسمها ، ورقة مطوية مادة mesoporous. تخليق FSM هو تخليق مادة سيليكات الطبقات السليكونية و ألكيل تريميثيل أمين طويل السلسلة (ATMA) في الظروف القلوية يحدث التبادل الأيوني المختلط للحصول على توزيع ضيق للمسام بحجم ثلاثي الأبعاد من مادة السيليكا المسامية المسامية. FSC لديه مساحة سطح محددة من 650-1000 م 2 / جم وحجم المسام 1.5-3 نانومتر. (Bull. Chem. Soc. Jpn.، 69، No. 5 (1996))

سلسلة KIT

لم تجد KIT بيانًا رسميًا للغاية ، على الأرجح اختصار المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا. تنتمي أيضًا إلى مادة السيليكا المسامية المطلوبة ، والتي تختلف عن هيكل المسام أحادي الاتجاه SBA-15 (المكعب p6mm) ، KIT-6 (المكعب la3d) له بنية متداخلة مكعبة مترابطة. في تركيب KIT-6 ، تم استخدام خليط من الفاعل بالسطح ثلاثي الأرجل (EO20PO70EO20) والبيوتانول كعامل توجيه للبنية. حجم المسام KIT-6 قابل للتعديل في 4-12 نانومتر ، وتبلغ مساحة السطح المحددة 960-2200 متر مربع g-1. (Chem. Commun.، 2003، 2136-2137)

سلسلة CMK

الطريقة الشائعة لتجميع الكربون المسامي هي طريقة القالب الصلب. يتم استخدام المناخل الجزيئية Mesoporous مثل MCM-48 و SBA-15 كقالب لتحديد السلائف المناسبة ، وكربنة السلائف تحت تحفيز الحمض والترسيب على مسام مواد mesoporous Road ، ثم تذوب مع NaOH أو HF mesoporous SiO2 ، للحصول على الكربون المتوسط. في عام 1999 ، نجح Ryoo في استنساخ مواد أخرى من mesoporous باستخدام مواد mesoporous كقوالب صلبة. هذه السلسلة من المواد تسمى CMK. كما لم يتم العثور على التسمية الرسمية ، ولكن من المحتمل أن تكون المناخل الجزيئية الكربونية وكوريا مجتمعة. لقد أنتج على التوالي CMK-1 و CMK-2 و CMK-3 و CMK-8 و CMK-9 مواد المنخل الجزيئي الكربونية المتوسطة باستخدام MCM-48 و SBA-1 و SBA-15 و KIT-6 كقوالب. (J. Phys. Chem. B، 103، 37، 1999.) CMK-3 هو هيكل سداسي ثنائي الأبعاد مع توزيع ضيق للمسام ، مساحة سطح عالية محددة (1000-2000 m2 / g) ، حجم مسام كبير 1.35 سم 3 / ز) ومقاومة الأحماض والقلويات القوية ، حاملة محفز جيد.

سلسلة FDU

سلسلة FDU هي اختصار لجامعة فودان وهي العمل الذي قام به معلم Zhao Dongyuan بعد العودة إلى جامعة Fudan. FDU عبارة عن سلسلة من الراتنجات الفينولية يتم تصنيعها بطريقة القالب الناعم. يمكن تصنيع مواد الكربون المسامية المرغوبة عن طريق الكربنة ذات درجة الحرارة العالية وتتكون من المسام الكروية. نفس الشيء هو استخدام الفاعل بالسطح كعامل توجيه للهيكل ، واستخدام السلائف الفينولية الراتينجية كمواد خام ، عن طريق طريقة التجميع الذاتي للتبخر بالمذيبات للحصول على الهيكل المنظم. (Angew. Chem. Int. Ed. 2005، 44، 7053-7045)

سلسلة STARBON

Starbon هو اسم مادة الكربون المسامية. لأن Starbon الأصلي تم تصنيعه من قبل الباحثين في جامعة يورك بطريقة sol-gel من النشا ثم تفحم. لذلك ، اسمها Starbon ، ومسجلة باسم العلامة التجارية "Starbon". يمكن استخدام حجم Starbon mesopore البالغ 2.0 سم 3 / جم ، ومساحة السطح المحددة البالغة 500 م 2 / جم ، كحامل محفز ، أو امتزاز غاز أو عامل تنقية للمياه. الآن يمكن أن تمتد المواد الخام Starbon إلى البكتين وحمض الألجنيك.

سلسلة ZSM

ZSM هو اختصار لـ Zeolite Socony Mobil ، و ZSM-5 هو اسم تجاري ، وهو خامس زيوليت تم العثور عليه بواسطة Socony Mobil Corporation. تم تركيبه في عام 1975 ، ذكرت الطبيعة هيكلها في عام 1978. ZSM-5 هو نظام تقويم العظام. إنه نوع من المنخل الجزيئي الزيوليت مع قنوات متقاطعة ثلاثية الأبعاد مع سيليكون عالي وحلقات من خمسة أعضاء. إنه عديم اللون ومضاد للماء ، وله استقرار حراري ومائي عالي ، ومعظم المسام يبلغ قطرها حوالي 0.55 نانومتر ثقب الزيوليت.

سلسلة AlPO

AlPO هو اختصار للمنخل الجزيئي الخالي من الأحماض ألومينوفوسفاتي الجزيئي ، وهو "الجيل الثاني من المنخل الجزيئي" الذي طورته شركة UOP في الولايات المتحدة منذ الثمانينيات. تتكون هياكل الغربال الجزيئية هذه من كمية متساوية من AlO4- و PO4- رباعي السطوح وهي محايدة كهربائياً وتظهر خصائص تحفيز حامض أضعف. مع إدخال الذرات غير المتجانسة ، يمكن تفكيك توازن الشحن الأصلي لإطار AlPO zeolite ، بحيث تم تحسين حموضته وأداء الامتصاص والنشاط التحفيزي بشكل ملحوظ. ينتمي هيكل إطار AlPO4-5 إلى النظام السداسي ، مع قناة رئيسية نموذجية مكونة من 12 ذرة بحجم مسام يبلغ 0.76 نانومتر ، وهو ما يمكن مقارنته بتلك الموجودة في العطريات.

سلسلة SAPO

SAPO هو اختصار من Silicoaluminophosphate ، SAPO-34 هو المنخل الجزيئي الذي تم الإبلاغ عنه لأول مرة بواسطة UCC في عام 1982 ، و 34 هو الرمز. يتكون الهيكل العظمي لـ SAPO-34 من PO2 + ، SiO2 ، AlO2- وله قنوات متقاطعة ثلاثية الأبعاد ، وقطر مسامي ذو ثماني حلقات ومواقع حمض معتدلة. كما أظهر فصل الامتزاز وفصل الغشاء أداءً ممتازًا. تكوين SAPO-11 هو Si ، P ، Al و O أربعة أنواع ، يمكن تغيير تكوينه في مجموعة واسعة ، يختلف محتوى السليكون للمنتج مع ظروف التوليف. SAPO-11 زيوليت متوسط الحجم ، بهيكل من عشر حلقات أحادية البعد ، في حفرة بيضاوية. إن إطار المنخل الجزيئي SAPO مشحون بشكل سلبي وبالتالي يحتوي على الكاتيونات القابلة للتبديل وله حموضة بروتونية. يمكن استخدام المنخل الجزيئي SAPO كحامل ممتز ، محفز وحامل محفز.

هناك العديد من المواد المسامية الأخرى التي لا يشيع استخدامها:
جامعة ولاية ميشيغان  (جامعة ولاية ميشيغان) هي سلسلة من المناخل الجزيئية المتوسطة التي طورها Pinnavaia et al. من جامعة ميشيغان. MSU-X (MSU-1 و MSU-2 و MSU-3). تحتوي MSU-V و MSU-G على بنية طبقات من الحويصلات متعددة الصفائح.

HMS

(سداسي Mesoporous Silica) هو منخل جزيئي mesoporous طوره Pinnavaia وآخرون ، وهو أيضًا هيكل سداسي بدرجة منخفضة من النظام.

الألغام المضادة للأفراد

(mesostructures المعدة للأحماض) ، وهو بحث مبكر أجراه Stucky et al. ، تم تحضيره في ظل ظروف حمضية وكان امتدادًا لسلسلة MCM للعمليات الاصطناعية (الوسائط القلوية).
ليس فقط الاسم فريدًا جدًا ، بل إن تطبيق المواد المسامية أيضًا واسع جدًا ، هم:

1. غشاء فصل الغاز كفاءة ؛

2. الغشاء الحفاز للعمليات الكيميائية ؛

3. المواد الركيزة للأنظمة الإلكترونية عالية السرعة.

4. السلائف لمواد الاتصالات البصرية.

5. مواد العزل الحراري عالية الكفاءة.

6. أقطاب مسامية لخلايا الوقود.

7. وسائط الفصل والأقطاب الكهربائية للبطاريات.

8. الوقود (بما في ذلك الغاز الطبيعي والهيدروجين) لوسيط التخزين ؛

9. اختيار ماصة تنظيف بيئيا.

10. مرشح خاص قابل لإعادة الاستخدام. سيكون لهذه التطبيقات تأثير عميق على التطبيقات الصناعية وحياة الناس اليومية.

المراجع:1. ج. كيم. Soc.، 1992، 114 (27)، pp 10834-10843.2. Science 23 يناير 1998: 279 ، 5350 ، 548-552.3. مواد صغيرة الحجم ومتناهية الصغر 120 (2009) 447-453.4. كيم. كوميون. ، 2001 ، 713-714.5. الثور. كيم. Soc. جي بي ن. ، 69 ، رقم 5 (1996) 6. جيه. كيم. Soc.، Chem. تواصل. 1993 ، 8 ، 680.7. كيم. Commun.، 2003، 2136-2137.8. J. Phys. كيم. ب ، 103 ، 37 ، 1999.9. انجي. كيم. Int. إد. 2005 ، 44 ، 7053-7059.