14 распространенных типов пористых материалов

UPAC разделяет поры на микропоры (<2 нм), мезопоры или мезопоры (от 2 до 50 нм), макропоры (> 50 нм) в соответствии со шкалой размеров пор; согласно последнему определению, поры подразделяются на микропоры (<0,7 нм) и микрополюса (0,7-2 нм), а лунки менее 100 нм в совокупности называются нанопорами. Так откуда же взялись названия этих дырочных материалов?

серия МСМ

MCM — это сокращение от Mobil Composition of Matter. В основном исследователями Mobil Oil с использованием этилсиликата в качестве источника кремния, синтезированного методом мягкого темплата на основе мицелл. MCM Мушкетеры - это MCM-41, MCM-48 и MCM-50. МСМ-41 представляет собой гексагональную мезопористую структуру, состоящую из правильных цилиндрических мезопор, выполненных из одномерной пористой структуры. Диаметр мезопор регулируется в пределах 2-6,5 нм, большая удельная поверхность. По сравнению с молекулярными ситами, в MCM-41 нет кислотных центров Бренстеда. Из-за тонкой стенки и низкой скорости обмена кремниевых звеньев связи Si-O гидролизуются и повторно сшиваются в кипящей воде, что приводит к структурным повреждениям. Следовательно, термическая стабильность не является хорошей. Самые ранние статьи о синтезе MCM-41 были опубликованы в JACs в 1992 г., и в настоящее время их цитируют почти 12 000 раз. (J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), стр. 10834-10843.) МСМ-48 имеет трехмерно взаимосвязанную клеточную структуру. МСМ-50 представляет собой ламеллярную структуру и может называться только «мезоструктурой», а не «мезопористой», поскольку ламеллярная структура разрушается при удалении слоя, образующего поверхностно-активное вещество, а поскольку нет пор, это не Глубоко внизу. 

серия СБА

SBA — это сокращение от Santa Barbara Amorphous. Среди них громким именем является SBA-15. SBA-15 был впервые синтезирован Чжао Дунъюанем, преподавателем Университета Фудань, в 1998 году после прохождения аспирантуры в Санта-Барбаре, Калифорнийский университет, США. В том же году он был опубликован в журнале Science и цитировался более 10 000 раз ( Science 23 января 1998 г.: 279, 5350, 548-552). Материалы мезопористого кремнезема серии SBA синтезируются методом мягких темплатов с использованием поверхностно-активного вещества блочного типа; размер его пор регулируется в диапазоне 5-30 нм. SBA-15 состоит из ряда гексагональных параллельных цилиндрических каналов с несколькими мезопорами или порами, расположенными в случайном порядке, с толщиной клеточной стенки 3-6 нм. Благодаря более толстым стенкам ячеек СБА-15 гидротермическая устойчивость материала лучше, чем у серии МСМ. SBA-15 представляет собой многомерный пористый материал, который содержит оба мезопористых материала. Он может удалить поверхностно-активное вещество, внедренное в стенки пор в процессе прокаливания, в результате чего образуется микропористая структура.

Серия ХММ

HMM — это аббревиатура Hiroshima Mesoporous Material, впервые полученная исследователями из Университета Хиросимы в 2009 году. HMM — это сферический мезопористый кремниевый материал с размером пор 4–15 нм и регулируемым внешним диаметром 20–80 нм. На этапе синтеза авторы сначала формируют капли эмульсии через смешанный раствор масло/вода/поверхностно-активное вещество, а затем выращивают кремний с частицами полистирола, созданными на месте, в качестве шаблона, в результате чего после удаления шаблона получается сферический мезопористый кремнезем. (Микропористые и мезопористые материалы 120 (2009) 447-453.)

серия ТУД

TUD расшифровывается как Technische Universiteit Delft, также известный как Делфтский технологический университет. На электронной микрофотографии ТУД-1 выглядит как пена с площадью поверхности 400-1000 м2/г и перестраиваемой мезопорой от 2,5 до 25 нм. При синтезе материалов ПАВ не используется, а в качестве органического темплатного агента используется триэтиламин. Пористой структурой можно управлять, регулируя соотношение органического темплатного агента и источника кремния. (Хим. Сообщ., 2001, 713-714).

серия ФСМ

FSM — это сокращение от «Folded Sheets Mesoporous Materials». Дословный перевод его названия – складчатый листовой мезопористый материал. Синтез FSM представляет собой синтез слоистого силикатного материала Kanemite и длинноцепочечного алкилтриметиламина (ATMA) в щелочных условиях при смешанной обработке ионным обменом происходит получение узкого распределения размеров пор трехмерного гексагонального мезопористого кремнеземного материала. ФСК имеет удельную поверхность 650-1000 м2/г и размер пор 1,5-3 нм. (Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, № 5 (1996))

КИТ серии

KIT не нашел очень официального заявления, скорее всего это аббревиатура Korea Advanced Institute of Science and Technology. Также относящийся к упорядоченному мезопористому кремнеземному материалу, отличающийся от однонаправленной структуры пор СБА-15 (куб. p6mm), КИТ-6 (куб. la3d) имеет взаимосвязанную кубическую мезопористую структуру. В синтезе КИТ-6 в качестве структурообразующего агента использовали смесь триблочного ПАВ (ЭО20ПО70ЭО20) и бутанола. КИТ-6 размер пор регулируется в пределах 4-12 нм, удельная поверхность 960-2200 м2 г-1. (Хим. Сообщ., 2003, 2136-2137)

серия СМК

Распространенным методом синтеза мезопористого углерода является метод твердого темплата. Мезопористые молекулярные сита, такие как MCM-48 и SBA-15, используются в качестве шаблона для выбора подходящих прекурсоров, карбонизации прекурсоров под действием кислоты и осаждения на порах мезопористых материалов Road, а затем растворяются NaOH или HF мезопористым SiO2, получить мезопористый углерод. В 1999 году Ryoo удалось воспроизвести другие мезопористые материалы, используя мезопористые материалы в качестве твердых шаблонов. Эта серия материалов названа CMK. Официального нейминга тоже не нашел, но скорее всего именование Carbon Molecular Sieves и Korea объединено. Он последовательно производил мезопористые углеродные молекулярные сита CMK-1, CMK-2, CMK-3, CMK-8 и CMK-9, используя MCM-48, SBA-1, SBA-15 и KIT-6 в качестве шаблонов. (J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.) CMK-3 представляет собой двумерную гексагональную структуру с узким распределением пор по размерам, высокой удельной поверхностью (1000-2000 м2/г), большим объемом пор 1,35 см3/г) и сильной кислото- и щелочестойкостью, является хорошим носителем катализатора.

серия ФДУ

Серия FDU является сокращением от Фуданьского университета и представляет собой работу, проделанную учителем Чжао Дунъюань после возвращения в Фуданьский университет. FDU представляет собой серию фенольных смол, синтезированных методом мягких шаблонов. Упорядоченные мезопористые углеродные материалы могут быть синтезированы методом высокотемпературной карбонизации и состоят из сферических пор. То же самое касается использования поверхностно-активного вещества в качестве структурообразующего агента, использования предшественников фенольной смолы в качестве сырья, методом самосборки путем испарения растворителя для получения упорядоченной структуры. (Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7045)

Серия СТАРБОН

Starbon — это название мезопористого углеродного материала. Потому что оригинальный Starbon был синтезирован исследователями из Йоркского университета золь-гель методом Крахмала, а затем карбонизирован. Поэтому его зовут Starbon, и зарегистрирована торговая марка «Starbon». Объем мезопор Starbon 2,0 см3/г, удельная поверхность 500 м2/г, может использоваться в качестве носителя катализатора, газосорбционного или водоочистного агента. Теперь сырье Starbon можно расширить до пектина и альгиновой кислоты.

серия ЗСМ

ZSM — это аббревиатура от Zeolite Socony Mobil, а ZSM-5 — это торговое наименование, которое является пятым цеолитом, найденным корпорацией Socony Mobil. Синтезированный в 1975 году, Nature сообщил о его структуре в 1978 году. ZSM-5 представляет собой орторомбическую систему. Это своего рода цеолитовое молекулярное сито с трехмерными поперечными каналами с высоким содержанием кремния и пятичленными кольцами. Он олеофилен и гидрофобен, обладает высокой термической и гидротермической стабильностью, а большинство пор имеют диаметр около 0,55 нм. Отверстия цеолита.

Серия АлПО

AlPO — это аббревиатура бескислотного микропористого алюмофосфатного молекулярного сита, которое представляет собой «молекулярное сито второго поколения», разработанное компанией UOP в США с 1980-х годов. Эти каркасы молекулярных сит состоят из равного количества AlO4- и PO4-тетраэдров, электрически нейтральны и проявляют более слабые кислотно-каталитические свойства. С введением гетероатомов исходный баланс заряда каркаса цеолита AlPO может быть нарушен, так что его кислотность, адсорбционная способность и каталитическая активность значительно улучшаются. Каркасная структура AlPO4-5 относится к гексагональной системе с типичным 12-членным кольцевым основным каналом с размером пор 0,76 нм, что сопоставимо с ароматическими соединениями.

серия SAPO

SAPO — это аббревиатура от «силикоалюмофосфат», SAPO-34 — это молекулярное сито, о котором впервые сообщил UCC в 1982 году, а 34 — это код. Каркас SAPO-34 состоит из PO2+, SiO2, AlO2- и имеет трехмерные поперечные каналы, диаметр пор в восемь колец и умеренные кислотные центры. А также адсорбционное разделение и мембранное разделение показали отличные результаты. В состав SAPO-11 входят Si, P, Al и O четырех видов, его состав можно изменять в широких пределах, содержание кремния в продукте варьируется в зависимости от условий синтеза. Мезопористый цеолит SAPO-11 с одномерной десятикольцевой структурой в овальное отверстие. Каркас молекулярного сита SAPO заряжен отрицательно и поэтому имеет способные к обмену катионы и обладает протонной кислотностью. Молекулярное сито SAPO можно использовать в качестве адсорбента, катализатора и носителя катализатора.

Есть несколько других пористых материалов, которые обычно не используются:
МГУ  (Мичиганский государственный университет) представляет собой серию мезопористых молекулярных сит, разработанных Pinnavaia et al. Мичиганского университета. МСУ-Х (МСУ-1, МСУ-2 и МСУ-3). МСУ-В, МСУ-Г имеют слоистое строение многослойных везикул.

ГМС

(Hexagonal Mesoporous Silica) представляет собой мезопористое молекулярное сито, разработанное Pinnavaia et al., Которое также представляет собой гексагональную структуру с низкой степенью порядка.

APM

(кислотно-приготовленные мезоструктуры), раннее исследование Stucky et al., были приготовлены в кислых условиях и были продолжением серии синтетических процессов MCM (щелочные среды).
Мало того, что название очень уникальное, применение пористых материалов также очень обширно, это:

1. Эффективная газоразделительная мембрана;

2. Каталитическая мембрана химического процесса;

3. Материалы подложек для высокоскоростных электронных систем;

4. прекурсоры для материалов оптической связи;

5. высокоэффективные теплоизоляционные материалы;

6. пористые электроды для топливных элементов;

7. разделительные среды и электроды для аккумуляторов;

8. топливо (включая природный газ и водород) носителя;

9. Подбор экологически чистого абсорбента;

10. Специальный многоразовый фильтр. Эти приложения окажут глубокое влияние на промышленные приложения и повседневную жизнь людей.

Использованная литература:1. Дж. Ам. хим. Soc., 1992, 114 (27), стр. 10834-10843.2. Science 23 января 1998 г.: 279, 5350, 548-552.3. Микропористые и мезопористые материалы 120 (2009) 447-453.4. хим. коммун., 2001, 713-714.5. Бык. хим. соц. Японии, 69, № 5 (1996)6. Дж. Хим. соц., хим. коммун. 1993, 8, 680.7. хим. коммун., 2003, 2136-2137.8. Дж. Физ. хим. Б, 103, 37, 1999.9. Ангью. хим. Междунар. Эд. 2005, 44, 7053-7059.