近年來沸石分子篩膜因在分離、催化、傳感和防腐等研究領域具有重要的應用價值而引起廣泛關注。其中,?具有優(yōu)先取向微觀結構的沸石分子篩膜由于能夠顯著降低客體分子在膜內(nèi)的擴散路徑并減少膜內(nèi)的晶間界缺陷密度,?成為膜分離學科的研究重點。
沸石分子篩膜具有規(guī)整的孔道結構、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性、理想的機械強度以及良好的活化活性,在分離、催化、傳感和防腐等研究領域具有重要的潛在應用價值。?大量研究結果表明,沸石分子篩膜內(nèi)部晶粒取向?qū)@著影響膜材料的微觀結構,進而對其應用性能產(chǎn)生重要影響。?因此,高度取向沸石分子篩膜的制備已成為該研究領域的熱點。?以具有MFI型拓撲結構的沸石分子篩膜為例,由于其骨架結構由正弦曲線孔道(a?軸取向,0.51 nm×0.55 nm)和直孔道(b?軸取向,0.53 nm×0.56 nm)相互交叉構成,當晶體沿不同方向生長時,膜內(nèi)的孔道結構差異很大,相應地,將對其傳質(zhì)特性產(chǎn)生重要影響。?與任意取向的MFI沸石膜相比,當晶體以b-軸方向垂直于載體表面生長時,膜內(nèi)部晶間隙缺陷將顯著減少,膜厚和傳質(zhì)阻力也將相應降低,這將對提升其滲透通量和分離選擇性起到關鍵性的作用。
為進一步提高氣-液界面處沸石晶種的取向排布驅(qū)動力,Hedlund等在將MFI沸石晶種分散液注向氣-液界面的同時,在液體底部引入磁力攪拌,通過動態(tài)界面自組裝的方式在不同載體表面均淀積出高質(zhì)量b-軸取向MFI沸石晶種單層。并且,部分研究者在原有工作基礎上進一步發(fā)展了湍流氣-液界面輔助自組裝技術用于二維MFI沸石納米片取向晶種單層自組裝。該方法通過引入循環(huán)水泵,使容器中的水體時刻處于湍流狀態(tài)。當含有MFI沸石納米片的仲丁醇懸浮液注射至空氣-水界面時,重力作用下MFI沸石納米片更傾向于以最大晶面與水層接觸,從而有效避免垂直方向上晶種的無序堆疊以及a-軸取向晶種的存在;同時,處于湍流狀態(tài)的氣-液界面導致晶種面內(nèi)組裝的驅(qū)動力增加,進而顯著提升了二維MFI沸石納米片間的緊密排列程度。
?目前取向沸石分子篩膜的相關研究仍處于實驗室階段。為提高制膜效率及重復率,通常采用非對稱多層分級陶瓷片作為載體。上述多孔載體雖然表面平整、易于修飾,但傳質(zhì)阻力較大且單位膜面積造價較高。因此選用高通量廉價多孔載體(如熱穩(wěn)定好的中空纖維)代替?zhèn)鹘y(tǒng)陶瓷載體用于生長取向沸石分子篩膜是當前亟需解決的問題。