沸石這種特殊的巖石具有多孔結構,可以將水捕獲在內部,還可以捕獲可引起化學反應的原子和分子。這就是為什么沸石作為催化劑或加速化學反應而不會傷害物質自身的原因。目前,沸石在藥物和能源行業以及其他行業發揮著魔力。對于石化產品,其將大的碳氫化合物分子分解成汽油,并進一步分解成各種石油副產品。目前,流化催化裂化和加氫裂化等應用嚴重依賴沸石。
目前,很多科學家還在實驗室中分析研究天然沸石的應用功能。休斯頓大學的Abraham E. Dukler化學和生物分子工程教授Jeffrey Rimer在Nature Synthesis期刊上發表了一篇綜述,總結了過去十年中使用的方法制備具有納米尺寸和分層結構的最先進的沸石。研究結果強調,越小越好,結構至關重要。
這些特性對其在廣泛的工業應用中的性能至關重要。值得注意的是,沸石粉的小孔對涉及催化或分離的過程施加了擴散限制,在這些過程中,小分子必須進入孔而不受焦炭等殘留材料積聚的阻礙,這是一種堵塞孔隙的碳質沉積物,”Rimer報告說。“這需要新的方法來制備尺寸更小、表面積更大的沸石,這是一項具有挑戰性的任務,因為很少有沸石可以制備出尺寸小于 100 納米的沸石。”帶有翅片的沸石是一類全新的多孔催化劑,它使用獨特的納米尺寸特征,通過允許分子跳過限制反應的障礙來加速化學反應。
Rimer還研究了數據分析和機器學習的出現如何幫助沸石設計,并為這一不斷增長的研究領域提供了未來的視角。這有助于構成Rimer認為勢在必行的“新方法”,從而帶來將計算和大數據分析注入到將沸石合成從試錯法轉變為主要優勢的主要優勢。此外,Rimer表示,加快沸石的結晶過程,加快沸石本身的反應,將帶來許多社會經濟優勢。改進的沸石設計包括開發用于能源應用的改進催化劑(包括替代能源的進步),用于調節影響環境的排放的新技術和分離以改進對石油精煉、化學品生產和水凈化產生影響的工業過程。