[發(fā)明專(zhuān)利]具有至少一個(gè)部分或全部平的表面的基質(zhì)和其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280075323.6
• 申請(qǐng)日: 2012-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105228732A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹景炳;范曹盛東;金鉉成
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 發(fā)現(xiàn)知識(shí)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01D69/12
• 分類(lèi)號(hào): B01D69/12;B01D71/00;C01B39/02;C01B39/36
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;陸惠中

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及基質(zhì)，其至少一個(gè)表面部分或全部是平的，和涉及利用其制備薄膜或厚膜的方法。

【背景技術(shù)】

沸石是結(jié)晶的硅鋁酸鹽，在它們的晶格中具有埃標(biāo)度的孔和通道。因?yàn)楣桎X酸鹽框架中的鋁周?chē)牟课粠в胸?fù)電荷，所以，用于電荷平衡的陽(yáng)離子存在于孔中，孔中剩余空間通常充滿(mǎn)水分子。沸石中的三維孔的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸取決于沸石的類(lèi)型而變化，但是孔直徑通常對(duì)應(yīng)分子大小。因此，沸石也稱(chēng)作“分子篩”，因?yàn)樗鼘?duì)于進(jìn)入孔的分子具有尺寸選擇性或形狀選擇性——取決于沸石的類(lèi)型。

同時(shí)，沸石類(lèi)(zeotype)分子篩是已知的，其中構(gòu)成沸石框架結(jié)構(gòu)的硅(Si)和鋁(Al)原子部分或完全被多種其它元素替換。已知的沸石類(lèi)分子篩的實(shí)例包括不含鋁的多孔硅沸石(硅質(zhì)巖，silicalite)基分子篩、AlPO₄基分子篩——其中硅被磷(P)替換——和通過(guò)用多種金屬原子如Ti、Mn、Co、Fe和Zn替換這樣的沸石和沸石類(lèi)分子篩的框架部分而獲得的其它沸石類(lèi)分子篩。這些沸石類(lèi)分子篩是來(lái)自沸石的物質(zhì)，但基于礦物學(xué)分類(lèi)不屬于沸石族，但是在本領(lǐng)域中通常稱(chēng)作沸石。

因此，術(shù)語(yǔ)“沸石”如本文所用廣義上指包括上述的沸石類(lèi)分子篩。

同時(shí)，具有MFI結(jié)構(gòu)的沸石是最積極使用的沸石之一和包括以下類(lèi)型：

1)ZSM-5：MFI沸石，其中硅和鋁以特定比率存在；

2)硅沸石-1：僅由二氧化硅組成的沸石；和

3)TS-1：MFI沸石，其中鋁部位部分地被鈦(Ti)替換。

MFI沸石的結(jié)構(gòu)顯示在圖1A和1B中。在MFI沸石中，大約橢圓形的孔(0.51nm×0.55nm)以z字形構(gòu)型連接，形成在a軸方向延伸的通道，大約圓形的孔(0.54nm×0.56nm)在b軸方向線性延伸，形成線性通道。沒(méi)有通道在c軸方向保持開(kāi)放。

另一種沸石，β(BEA)，呈現(xiàn)平截的雙錐體形狀，具有沿著a-(或b-)軸直線伸展的通道和沿著c軸彎曲伸展的通道(圖1C)。

粉狀的MFI沸石非常廣泛地用于家庭和工業(yè)應(yīng)用，包括石油裂化催化劑、吸附劑、脫水劑、離子交換器、氣體凈化器等，同時(shí)多孔基質(zhì)，如多孔氧化鋁上形成的MFI沸石薄膜廣泛用作分離分子的膜，分子通過(guò)其可基于大小被分離。此外，MFI沸石薄膜可用于廣泛范圍的應(yīng)用，包括二和三級(jí)非線性光學(xué)薄膜、三維記憶材料、太陽(yáng)能存儲(chǔ)設(shè)備、電極輔助材料、半導(dǎo)體量子點(diǎn)和量子導(dǎo)線的載體、分子回路、光敏元件、發(fā)光材料、低介電常量(k)薄膜、防銹涂層等。

如上所述，MFI沸石的孔形狀、尺寸和通道結(jié)構(gòu)取決于晶體方向而變化。

同時(shí)，在基質(zhì)如玻璃板上產(chǎn)生MFI沸石薄膜的方法被廣泛地分成一次生長(zhǎng)方法和二次生長(zhǎng)方法。根據(jù)一次生長(zhǎng)方法，將基質(zhì)浸泡在凝膠中，用于MFI沸石合成，沒(méi)有任何預(yù)處理，然后誘導(dǎo)基質(zhì)上MFI沸石膜的自然生長(zhǎng)。本文使用的合成凝膠通常含有四丙基氫氧化銨(TPAOH)。在這種情況中，b軸定向的MFI沸石晶體在反應(yīng)的最初階段垂直于玻璃基質(zhì)生長(zhǎng)。然而，a軸定向的晶體從在玻璃板上生長(zhǎng)的大部分晶體的中心部分開(kāi)始附屬地生長(zhǎng)。此外，隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)，晶體以多種方向生長(zhǎng)，因此，最后的薄膜具有多種定向。隨機(jī)定向的MFI沸石薄膜在一些應(yīng)用中是有用的，但是其適用性有限。特別地，當(dāng)隨機(jī)定向的MFI沸石薄膜用作分子分離的膜時(shí)，分子滲透性——其是分子分離中最重要的因素之一——顯著降低。當(dāng)除TPAOH外的有機(jī)堿用于一次生長(zhǎng)方法時(shí)，沒(méi)有MFI沸石薄膜在基質(zhì)上生長(zhǎng)。為了克服這樣的問(wèn)題，使用二次生長(zhǎng)方法。

在二次生長(zhǎng)方法中，將具有連接其的MFI沸石晶體的基質(zhì)浸泡在MFI沸石合成凝膠中，然后允許反應(yīng)以形成MFI沸石薄膜。這里，與基質(zhì)連接的MFI沸石晶體充當(dāng)晶種。與基質(zhì)連接的MFI沸石晶體的定向在確定后面將產(chǎn)生的MFI沸石薄膜定向中發(fā)揮非常重要的作用。例如，當(dāng)MFI沸石晶種的a軸垂直于基質(zhì)定向時(shí)，從那里形成的MFI沸石薄膜的a軸趨于與基質(zhì)垂直定向，當(dāng)MFI沸石晶種的b軸與基質(zhì)垂直定向時(shí)，從那里形成的MFI沸石薄膜的b軸趨于與基質(zhì)垂直定向。

遍及本說(shuō)明書(shū)，參考和引用許多出版物和專(zhuān)利文件。引用的出版物和專(zhuān)利文件的公開(kāi)內(nèi)容以其全部通過(guò)引用被并入本文以更清楚地描述相關(guān)技術(shù)的狀態(tài)和本公開(kāi)。

【公開(kāi)內(nèi)容】

【技術(shù)問(wèn)題】

當(dāng)薄膜或厚膜的制備通過(guò)在基質(zhì)上排列非球形晶種如MFI沸石晶體之后利用二次生長(zhǎng)方法進(jìn)行時(shí)，基質(zhì)表面應(yīng)是平的，用于非球形晶種的排列，以便非球形晶種的a軸、b軸和c軸中的一個(gè)或多個(gè)或全部可根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則被定向。