[發(fā)明專利]一種具有特定取向分子篩單層薄膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810012646.6
• 申請日: 2008-08-06
• 公開（公告）號: CN101643366A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊維慎;劉毅;李硯碩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50;C03C17/22;C08J7/06
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張 晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分子篩粉體顆粒的取向單層自組裝，特別是提供了一種具 有特定取向分子篩單層薄膜的制備方法：溶劑修飾誘導(dǎo)分子篩顆粒取向單 層自組裝。

背景技術(shù)

單層取向自組裝分子篩顆粒是近十年來分子篩膜研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。分 子篩膜作為一種新型的先進(jìn)功能材料，自從上世紀(jì)九十年代初開始，就已 展開了廣泛的研究并應(yīng)用于各個學(xué)科領(lǐng)域。例如作為物質(zhì)篩分分離、濕度 傳感器、防腐蝕涂層、low-k材料，光學(xué)材料等等。隨著科學(xué)實(shí)踐的不斷深 入發(fā)展，分子篩膜將會應(yīng)用于更多的研究領(lǐng)域。

不過，盡管分子篩膜已經(jīng)廣泛用于諸多領(lǐng)域，其性能還期待能有更大 程度的優(yōu)化和提高。而這也要求我們能夠精確地控制所合成的薄膜的微結(jié) 構(gòu)，包括薄膜的厚度、致密度、連續(xù)性及晶體的生長取向性。各個薄膜結(jié) 構(gòu)特征都會極大地影響最終薄膜的相關(guān)性能，而各項(xiàng)性能之間又相互耦合， 相互影響。在各個薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)中，薄膜的晶體取向無疑是其中最為重要 的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。眾所周知，分子篩晶體具有三維立體的孔道系統(tǒng)，且在 不同的晶面具有不同的孔道結(jié)構(gòu)、尺寸。而這種微觀層面上的結(jié)構(gòu)差異最 終將導(dǎo)致分子篩膜的宏觀性質(zhì)相差極大。

實(shí)踐表明，一般來說，具有優(yōu)先晶體取向的分子篩薄膜相對無優(yōu)先取 向的薄膜而言，性質(zhì)將更加優(yōu)良。所以今年來，人們逐漸將分子篩膜的研 究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至合成具有優(yōu)先晶體取向的分子篩薄膜結(jié)構(gòu)上來。

嚴(yán)玉山等人以不銹鋼為載體，以原位法合成出具有b-軸優(yōu)先取向的單 層silicalite-1分子篩膜，并將其作為離子選擇性電極，在隨后的電化學(xué)測試 中，顯示了良好的離子篩分功能；T.Bein等人合成具有優(yōu)先晶體取向的LTA 型分子篩膜，在隨后的性能測試中，顯示了很高的水蒸氣分子感應(yīng)靈敏度； Z.Lai等人運(yùn)用有機(jī)共價鍵法制備了取向的silicalite-1晶種層，并以此為基 礎(chǔ)合成出了b-軸取向的分子篩膜，在對/鄰二甲苯的分離中顯示了很高的篩 分選擇性；K.B.Yoon等人運(yùn)用有機(jī)共價鍵法制備了取向的c-LTL型分子篩 單層，并在其孔道內(nèi)裝載了染料分子，得到了性能非常好的光學(xué)材料。所 以，能夠精確地控制分子篩單層膜的取向，對于優(yōu)化材料性能，并由此發(fā) 現(xiàn)其新的應(yīng)用是具有重大的現(xiàn)實(shí)意義的。

制備單層取向分子篩薄膜的方法很多，如原位水熱法，對流組裝法， 電場誘導(dǎo)法以及有機(jī)鍵合法。相對于組裝各向同性的分子篩顆粒，自組裝 各向異性的分子篩顆粒更具有挑戰(zhàn)性：由于各個晶軸方向具有不同的形貌， 所以要想使分子篩顆粒都以同樣的排布方式排列于載體之上，需要更加嚴(yán) 格的控制組裝條件；而目前，對于自組裝各向異性的晶體而言，有機(jī)鍵合 法是最為有效的。其基本原理是將載體與分子篩粉體顆粒分別進(jìn)行有機(jī)化 合物的修飾，后再將載體與分子篩粉體顆粒放入同一個反應(yīng)器中，靠所修 飾的有機(jī)化合物上的官能團(tuán)反應(yīng)鍵合，從而使其得到有效組裝。

但是上述方法也存在著諸多的缺點(diǎn)：由于其常用的有機(jī)化合物通常很 容易發(fā)生水解，導(dǎo)致整個反應(yīng)必須在無水的條件下進(jìn)行，這就需要嚴(yán)格控 制反應(yīng)環(huán)境；同時，反應(yīng)還需要在有機(jī)溶劑存在的條件下進(jìn)行，因此，由 此產(chǎn)生的反應(yīng)廢液對環(huán)境也有一定的污染；另外，反應(yīng)中所加入的分子篩 顆粒只有少數(shù)能連接到載體之上，剩余的不能完全有效的加以自組裝。所 以能夠發(fā)明一種高效、環(huán)保、簡便的分子篩顆粒取向自組裝方法便顯得尤 為重要。

分子篩顆粒表面具有豐富的羥基官能團(tuán)，因此，如果能以一種溶劑吸 附在其表面，再利用溶劑分子之間的相互作用，從而誘導(dǎo)分子篩顆粒之間 發(fā)生取向自組裝，則可以大大簡化傳統(tǒng)的取向自組裝流程，有利于進(jìn)一步 開展相關(guān)的工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種具有特定取向分子篩單層薄膜的制備方 法：溶劑修飾誘導(dǎo)分子篩顆粒取向單層自組裝。該方法合成出的分子篩膜 具有高的分離性能，合成具有高的重復(fù)性，并且不需要在載體表面預(yù)涂晶 種，該合成方法可以應(yīng)用于各種復(fù)雜載體。

本發(fā)明提供了一種具有特定取向分子篩單層薄膜的制備方法，制備過 程如下：將鋪展液鋪展于載體之上；將分子篩粉體溶解于分散劑之中，并 進(jìn)行攪拌或超聲使其分散開來；攪拌或超聲后，將分散了分子篩顆粒的分 散劑滴加到鋪展液之上；將上述體系進(jìn)行干燥，直到液體完全消失，干燥 的溫度為10-180℃。