14 أنواع شائعة من المواد المسامية 1

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 المسألة. أساسا من قبل الباحثين موبيل أويل ، باستخدام سيليكات الإيثيل كمصدر للسيليكون ، توليفها بطريقة قالب لينة القائم على micelle. MCM الفرسان هم MCM-41 و MCM-48 و MCM-50. MCM-41 عبارة عن بنية مسامية سداسية الشكل ، وهي عبارة عن ترتيب مسامات أسطوانية عادية 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 وانخفاض سعر صرف وحدات السليكون ، فإن روابط Si-O تتحلل بالماء وتعيد التشابك في الماء المغلي ، مما يؤدي إلى تلف هيكلي. لذلك ، الاستقرار الحراري ليس جيدًا. نُشرت الأوراق الأولى حول توليف MCM-41 في JACs في عام 1992 ، ولدى الاستشهادات الآن ما يقرب من 12000 استشهاد. (J. Am. Chem. Soc.، 1992، 114 (27)، pp 10834-10843.) لدى MCM-48 هيكل خلية مترابط ثلاثي الأبعاد. MCM-50 هو هيكل رقائقي ولا يمكن الإشارة إليه إلا باسم "mesostructure" بدلاً من "mesoporous" حيث ينهار الهيكل الرقائقي عند إزالة الطبقة المكونة للسطح ، وبما أنه لا يوجد مسام ، فإن هذا ليس عميقًا. 

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 2
الشكل 1 الشكل 1 آلية الرسم التوليفي MCM-41 ، الفاعل بالسطح المستخدم هو الفاعل بالسطح الأيوني

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.

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 3
شكل 2 (يسار) صورة TEM لـ SBA-15 بأحجام مختلفة للمسام. سوف يدخل الطرف المسعور من الفاعل بالسطح ثلاثي الأرجل (الأيمن) إلى جدران المسام من السيليكا المشكلة. بعد التكلس ، المسام

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.)

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 4
الشكل 3 الشكل التوضيحي آلية الرسم التوليفي HMM وصور المنتج SEM و TEM

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)

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 5
الشكل 4 (يسار) صورة SEM لـ TDU-1 ، (يمين) يتم تصنيع مادة كربون Mesoporous مع TDU-1 كنموذج صلب

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))

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 6
الرقم 5 الرسم البياني TEM FSM

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)

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 7
الشكل 6 (يسار) مخطط هيكل SBA-15 p6mm و KIT-6 la3d ، (يمين) صورة TEM لـ KIT-6

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.

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 8
الرقم 7 صورة TEM من CMK-1 و CMK-3

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)

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 9
الشكل 8 FDU-15 و FDU-16 بعد كربنة درجات الحرارة العالية

سلسلة STARBON

Starbon هو اسم مادة الكربون المتوسطة. لأنه تم تصنيع Starbon الأصلي من قبل الباحثين في جامعة يورك بطريقة سول النشا من النشا ثم كربنت. لذلك ، فإن اسمها هو Starbon ، وسجل اسم العلامة التجارية "Starbon". يمكن استخدام حجم Starbon mesopore الذي يبلغ 2.0 سم 3 / جم ، وهي مساحة سطحية محددة تبلغ 500 م 2 / جم ، كحامل محفز أو امتصاص غاز أو عامل لتنقية المياه. الآن يمكن تمديد المواد الخام Starbon إلى البكتين وحمض الألجنيك.

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 10
الشكل 9 (يسار) خطوة تركيب Starbon ، (يمين) صورة SEM لـ Starbon

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.

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 11
الرقم 10 TPABr توليف ZSM-5

سلسلة AlPO

AlPO هو اختصار للمنخل الجزيئي الصغير الخالي من الأحماض الأمينية الفوسفات ، وهو "المنخل الجزيئي من الجيل الثاني" الذي طورته شركة UOP في الولايات المتحدة منذ الثمانينيات. تتكون أطر الغربال الجزيئية هذه من كمية متساوية من AlO4 و PO4- tetrahedra وهي محايدة كهربائيًا وتظهر خصائص تحفيز حمض أضعف. مع إدخال الذرات غيرية ، يمكن تقسيم ميزان الشحن الأصلي لإطار الزيوليت AlPO ، بحيث تم تحسين حموضته وأداء الامتزاز ونشاطه التحفيزي بشكل كبير. ينتمي الهيكل الإطاري لـ AlPO4-5 إلى النظام السداسي ، مع قناة رئيسية نموذجية مكونة من 12 عضوًا بحجم مسام يبلغ 0.76 نانومتر ، وهو ما يمكن مقارنته بالعطور العطرية.

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.

14 أنواع شائعة من المواد المسامية 12
الرقم 11 صورة SEM SAPO-11 مع وقت بلورة 48 ساعة


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.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

arالعربية