[發明專利]一種使用低溫等離子技術調節沸石分子篩晶體形貌與結構的方法

有效

• 申請號: 202010167067.X
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN113387370B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 喻學鋒;李睿;江敏;黃逸凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: C01B39/54
• 分類號: C01B39/54;C01B37/08
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 李玉娜

本發明公開了一種使用低溫等離子技術調節沸石分子篩晶體形貌與結構的方法。本發明創新性地將低溫常壓等離子射流技術應用于處理不同階段的沸石制備體系，以替代高成本高污染的晶體修飾劑，在不添加任何額外化學藥品的條件下實現對沸石分子篩晶體形貌和晶體結構的系統高效調控。該方法的效率高、時間短、成本低、污染小，并且工業應用條件成熟，具有普及使用的前景。

技術領域

本發明屬于沸石分子篩設計制備技術領域，具體涉及一種高效無污染調控沸石分子篩形貌結構的方法。通過安全低成本的低溫等離子技術，可以極低的成本實現沸石分子篩晶體屬性的大幅調節，提升其在不同領域的應用性能。

背景技術

沸石分子篩作為應用作為最為廣泛的無機材料，在能源、醫藥、日化、農林等領域有廣泛的工業應用，而不同領域的應用對沸石分子篩的晶體屬性有著不同的要求。以該晶體材料的形貌為例，作催化應用時，希望晶體沿主要擴散方向的尺寸越小越好，也即是二維片狀或者超小納米晶體性能優勢更為明顯；但作信號傳遞應用時，則希望孔道越長越好，棒狀甚至針狀的晶體更有優勢[1,2]。由此可知，根據應用需要對沸石分子篩晶體形貌進行設計，既是材料應用的必然要求，也是新一代材料研發的重要思路。

已有的研究表明，傳統的通過調節合成參數(如溫度、配比等)來調控沸石分子篩晶體形貌的方法效率很低，難以實現對其形貌系統而顯著的優化。同時可供調節的窗口很小，將某一參數大幅調整通常不僅達不到顯著改變目標晶體形貌的目的，反而會產生雜質，甚至完全無法獲得目標晶體。一種更為有效的方式是采用晶體修飾劑來對沸石晶體屬性進行優化調控。

晶體修飾劑(或媒晶劑)是晶體材料制備領域廣泛應用的概念，也是自然界常見的現象。部分硅基生物(如硅藻)會產生與自身結構類似的多胺類物質，調控自身生物礦物晶體結構的生長。深海魚類則可以通過防凍蛋白的存在來抑制體內冰晶體的生長，從而在酷寒的條件下生存。近年來修飾劑在沸石分子篩中的應用也得到了廣泛的重視與研究[3]。該調控方法利用修飾劑可選擇性吸附在晶體不同表面的特性，實現對晶體不同方向上生長速率的各向異性調節，從而達到調控晶體宏觀形貌和/或粒徑的目的。此外，部分修飾劑還能與晶體生長的前驅體產生相互作用，從而改變晶體的生長路線，甚至影響最終晶體產品的種類和晶體結構。陰陽離子、小分子有機物乃至大分子有機物或聚合物都可起到修飾劑的作用，但即使是選用成本低、危害小的物質做為修飾劑，該方法都需要在原有的晶體配方外額外添加化學物質，給產物的收集和修飾劑的回收帶來壓力。尤其是在工業環保要求日益嚴苛的今天，額外添加的修飾劑在儲存和應用時帶來的成本和安全問題，以及使用后的污染物回收處理問題，都限制著修飾劑在工業上的廣泛應用，也阻礙了沸石分子篩根據應用需求的理性優化和性能提升。

本發明創新性地將低溫常壓等離子射流技術應用于處理不同階段的沸石制備體系，以替代高成本高污染的晶體修飾劑，在不添加任何額外化學藥品的條件下實現對沸石分子篩晶體形貌和晶體結構的系統高效調控。該方法的效率高、時間短、成本低、污染小，并且工業應用條件成熟，具有普及使用的前景。

[1]Awala,H.；Gilson,J.-P.；Retoux,R.；Boullay,P.；Goupil,J.-M.；Valtchev,V.；Mintova,S.,“Template-free nanosized faujasite-type zeolites”,NatureMater.,2015,14,447–451.

[2]B.Schulte,M.Tsotsalas,M.Becker,A.Studer and L.De Cola,“DynamicMicrocrystal Assembly by Nitroxide Exchange Reactions”,Angew.Chem.-Int.Edit.,2010,49,6881-6884.