Мезопористі матеріали

МЕЗОПО́РИСТІ МАТЕРІА́ЛИ — різновид пористих матеріалів (твердих тіл), структура яких характеризується наявністю порожнин або ка­налів (мезопор) діаметром від 2-х до 50-ти нм. Існують по­гляди, згідно з якими мезопорами є пори роз­міром від 2-х до 200 нм. Пористість матеріалу (доля мезопор в заг. обʼємі) вимірюється у від­сотках або від­повід. коефіцієнтом. Пористість ви­значає практичну цін­ність М. м., що полягає в здатності по­глинати й концентрувати гази, пари, роз­чинені речовини в мезопорах. М. м. ви­вчають хім. науки й за­стосовують у промисловості, медицині. В Україні М. м. ґрунтовно досліджують в Ін­ституті фіз. хімії НАНУ (Київ). Для практичного за­стосува­н­ня важливою є класифікація М. м. за типом структури, від­повід­но до якої ці матеріали поділяють на корпускулярні, губчасті та мезо­структуровані. Корпускулярні М. м. складаються зі злиплих або зрощених частинок різної форми й роз­міру та мезопор, що існують між цими частинками. До таких матеріалів зараховують силікагелі, алюмосилікагелі, активоване вугі­л­ля, сажі, аерогелі аморф. будови, оксиди та гідроксиди алюмінію, цирконію, титану, заліза, хрому та ін. Найбільш типовим і ви­вченим матеріалом цього класу є силікагель — висушений гель кремнієвої кислоти пористої будови з роз­виненою питомою поверх­нею мезопор. Процес приготува­н­ня силікагелю складається з одержа­н­ня золю кремнієвої кислоти (здебільшого шляхом взаємодії лужного силікату з кислотами або кислими солями), утворе­н­ня силіка­гідрогелю, його до­зріва­н­ня й синерезису, промива­н­ня й суші­н­ня гелю. Силікагель широко за­стосовують як осушувач, носій каталізаторів, роз­ділювач сумішей у хроматогр. аналізі, роз­ділювач ізотопів радіо­актив. металів. Для губчастих М. м. притаман­не те, що в них неможливо ви­окремити первин­ні частинки; мезопори в них є мережею ка­налів і порожнин різної форми й змін. пере­тину. Це характерно, напр., для пористого скла. Дією кислот на натрієво-боросилікатне скло видаляють натрієво-борат. компонент, внаслідок чого залишається кремнезем. остов. Одержана в такий спосіб губчаста структура залежить від складу й структури вихід. скла та умов його варі­н­ня. Пористе скло широко використовують у промисловості, зокрема для очище­н­ня газів і в газовій хромато­графії. Скло з діаметом пор 3–10 нм за­стосовують для роз­діле­н­ня низькокиплячих газів і парів, зокрема легких вуглеводневих газів. До цієї групи М. м. зараховують також змішані корпускулярного-губчасті структури. Напр., первин­на структура активов. вугі­л­ля, утвореного кри­сталітами й шарами вуглецю, є корпускулярною, однак вона містить мікропори, вторин­ні мезо- й макропори губчастого характеру. Мезо­структуровані М. м. мають однорідні пори (роз­міром 2–10 нм), високо­впорядковану пористу структуру, роз­винену питому поверх­ню. Мезо­структуров. кремнеземні матеріали типу МСМ-41 утворюють в результаті темплатува­н­ня силікат-іонів міцеляр. агрегатами поверх­нево-актив. речовини (напр., цетилтриметиламоній броміду). Міцели виконують роль структуроспрямувал. агента (темплату) в процесі формува­н­ня мезо­структуров. пористого кремнезему, оскільки тип пористої структури одержаного мезопористого молекуляр. сита (ММС) знач. мірою залежить від природи використ. темплату. Залежно від умов синтезу, типу темплату та прекурсора кремнезему можуть бути синтезовані й ін. М. м., напр., HMS, MSU, KIT, SBA. Метод. засади синтезу кремнезем. М. м. екс­траполюють й на ін. сполуки, зокрема вуглець, метали, оксиди та сульфіди металів. Структурні характеристики ММС уможливлюють викори­ста­н­ня таких матеріалів у каталізі, для роз­діле­н­ня багатокомпонент. газових сумішей, зберіга­н­ня водню тощо.