A型沸石膜/壳聚糖复合膜的制备研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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1.1生物质辅助材料的合成

利用生物质材料辅助进行材料的合成,即生物激发(Bio-inspired)合成材料在许多材料合成研究领域,如生物陶瓷,生物传感器,生物医学工程,生物纳米技术和生物驱动的自组装等都得以应用,所制备的生物无机材料、多尺度结构材料、生物纳米材料、杂化的有机/无机材料、灌注材料和智能材料等,由于具有一些特殊的性质并在现实生活中具有很大用处而受到越来越多的关注。生物激发合成材料的方法主要有:直接向材料的合成液中加入生物质材料、将合成原料在生物质材料中处理后再进行合成或者是将生物质制成特定形状然后用来进行材料的合成,从而使生物质对材料的制备产生影响。

生物激发对材料合成的影响主要集中在以下几个方面。一是生物质材料的应用能调变材料的形貌[1]。如在四氯化钛水解制备二氧化钛晶体的过程中,加入不基酸来调节所得到的二氧化钛的尺寸,使得二氧化钛晶体的尺寸在3-8nm不等的范围内变化,同时二氧化钛晶体的形貌也发生了从标准的正八面体结构到拉长的正八面体结构再到板状结构的变化,同时还能控制不同晶型二氧化钛在产物中的分布[2];在硅酸溶液中加入具有不同长度聚胺基链的硅藻蛋白质,可以将所得到的二氧化硅的形貌在纳米球和网络结构间进行调变[3]。二是生物质材料的引入能够得到一些具有特殊结构和性质的材料[4]。如在沸石合成液中加入壳聚糖,可制得中空的NaA沸石晶体;在壳聚糖溶液中原位还原氯金酸可以得到稳定性很好的金纳米粒子-壳聚糖纳米复合物凝胶,即使放置两个月此纳米复合凝胶也不会出现团聚现象[5];利用荧光标记的聚丙烯胺(一种长链多胺,类型于从硅藻中提取的长链多胺)在柠檬酸根离子协助下,通过催化缩聚硅酸溶液得到了具有荧光性能的单分散硅球[6]。三是生物质材料的使用能降低材料的合成条件[7]。如在合成一维ZnO纳米棒的过程中加入L-半胱氨酸,通过其生物激发作用可将合成温度从70℃降至室温[8];在聚-L-酪氨酸薄膜的表面,金纳米粒子的生长在温和的条件下即可完成[9]。可见,在材料的制备过程中采用生物激发手段,可能合成出与常规合成得到的产品结构与性质不同的材料,并有可能缓和材料原本苛刻的合成条件。

1.2沸石分离膜

沸石分子筛作为离子交换材料、吸附剂、催化剂等,在化学工业、石油化工等领域发挥着重要的作用。随着新材料领域和电子、信息等行业的不断发展,其使用范围已经跳出传统行业,在诸如新型异形分子筛吸附剂、催化剂和催化蒸馏元件、气体和液体分离膜、气体传感器、非线性光学材料、荧光材料、低介电常数材料和防腐材料等方面得到应用或具有潜在的应用前景[10]

分子筛是一种含规整孔结构的晶体,由于其具有较高的吸附量、较多的活性位以及绝佳的离子交换性能,使得分子筛具有广泛的应用前景[11]。利用不同分子筛的晶体结构和化学组成特性,可将其负载在载体上,设计成需要的分子筛膜或分子筛涂层。在过去20年内已针对分子筛膜或涂层开展了众多研究[11-15]。这些研究发现,分子筛膜在分离、催化、化学传感,离子交换电极,非线性光学材料,低介电常数材料等[16-21]领域都有较为广泛的应用,如图1所示。

图1分子筛膜的应用领域

Fig. 1Applications of zeolite ms and coatings.

分子筛膜是一种无机膜材料,它利用了沸石分子筛孔径均一、孔道呈周期性排列的结构特点,具备分子筛分性能,比表面积大,吸附能力强的特点。这些特性使得分子筛膜具有了良好的分离性能,在许多膜过程中(如渗透汽化、气体膜分离、膜反应器等)具有广阔的应用前景。此外,也可以用于一些新近出现的领域,例如化学传感器、离子交换、微处理器上的导电层、光捕获设备、显示器上的抗反射涂层、金属的抗腐蚀涂层和防污涂层等等。分子筛膜的性能与其组成、形貌、颗粒大小及取向都有密切的联系,这是由于形貌均一、特殊取向、短通径的分子筛膜具有更好的催化和传感活性。但目前分子筛膜的制备工艺中,无论所采用的沸石合成液组成为凝胶或清液体系,都会在载体表面存在先生成凝胶层再生长成晶体的过程。在这个过程中,合成液浓度、载体表面粗糙度、表面电荷性质、表面孔隙率与孔结构等诸多因素都会造成在载体表面生成的凝胶层在组成、厚度等方面存在差异,从而导致难以获得在形貌、大小及晶体取向等方面均一分子筛膜。因此,虽然分子筛膜的发展已有很长时间,但纳米尺寸和取向的分子筛膜的制备还少有报道,分子筛涂层用于电极材料的报道也较为少见。

1.3制备方法

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