Мікропористі матеріали
МІКРОПО́РИСТІ МАТЕРІА́ЛИ — матеріали, що мають пори діаметром менше 2 нм (мікропори) та характеризуються особливим механізмом адсорбції, що відрізняється від адсорбції молекул на плоскій поверхні чи в макро- та мезопорах. У мікропорах відбувається об’ємне (не пошарове) заповнення мікропор. Заг. рисою для М. м. є, за класифікацією Міжнар. спілки фундам. і приклад. хімії, ізотерма І-го типу, що має крутий підйом, обумовлений повним заповненням молекулами адсорбату простору пор за низьких значень парціал. тиску. Кут нахилу початк. ділянки ізотерми залежить не лише від природи адсорбату, а й від форми та розміру пор. Чим більший підйом, тим більший об’єм мікропор і менший їхній розмір. До М. м. зараховують такі класи сполук: силікати та алюмосилікати (цеоліти), метал-орган. каркасні структури (пористі координац. полімери), деякі види активов. вугілля та природ. глин, силікатні та алюмосилікатні матеріали. Цеоліти — група близ. за властивостями природ. та штуч. мікропор. кристал. елементсилікат. матеріалів. Особливістю цеолітів порівняно з ін. алюмосилікатами є кристалічність, обмежений розподіл мікропор за розмірами й існування іонів кремнію та алюмінію в тетраедрич. оточенні. За класифікацією Міжнар. спілки фундам. і приклад. хімії, залежно від розміру мікропор цеоліти поділяють на вузько- (діаметр мікропор до 4 Å), середньо- (5–6 Å), широко- (6–7,5 Å) та екстраширокопористі (≥7,5 Å). Найбільш поширені природні (натроліт, шабазит, гейландит, морденіт, томсоніт, ломоніт) та штучні (ZSM-12, ZSM-5, β, А, Х, Y) цеоліти. Як каталізатори, вони мають широке застосування в нафтохім. промисловості (крекінг та риформінг нафти) та тонкому орган. синтезі; селектив. іонообмінників, осушувачів газів і рідин, сорбентів для видалення шкідл. речовин та радіонуклідів, добавок під час виробництва паперу, синтет. мийних засобів та паперу. Напр., синтет. цеоліти типу А використовують як присадки для синтет. миючих засобів. Метал-орган. каркасні структури (МОК; пористі координац. полімери, метал-орган. координац. полімери) — клас гібрид. матеріалів, координац. полімерів, структура яких складається з іонів чи невеликих кластерів металів, що поєднуються між собою орган. лігандами. Для МОК характерні висока ідентичність пор, високе значення питомої поверхні (до 3000 м2/г) та заг. об’єму пор. Залежно від природи металу, орган. ліганду та методу синтезу суттєво відрізняється розмір та геометрія пор. МОК можуть утворювати просторові одно-, дво- та тривимірні структури; їх вважають перспектив. матеріалами для збереження водню, метану, селектив. розділення оптично-актив. енантіомерів, а також як каталізатори кислотно-основ. та окисно-віднов. процесів тощо. Активоване вугілля — пористий вуглецевміс. матеріал орган. походження, зокрема дерев. (БАУ-А, ОУ-А, ДАК тощо) й кам’яного вугілля (АГ-3, АГ-5, АР та ін.), шкаралуп кокос. горіхів та ін. Характеризується високою питомою поверхнею, що досягає 1500 см2/г, та високою адсорбц. здатністю. Застосовують для очистки та розділення орган. речовин, як носій для каталізаторів, осушувач тощо.
Рекомендована література
- J. S. Mattson, H. B. Mark. Activated carbon: surface chemistry and adsorption from solution. New York, 1971;
- Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. Москва, 1976;
- Карнаухов А. П. Текстура дисперсных и пористых материалов. Новосибирск, 1999;
- S. L. James. Metal-organic frameworks // Chemical Society Reviews. 2003. Vol. 32, № 5;
- J. Y. Lee. Metal-organic framework materials as catalysts // Там само. 2009. Vol. 38, № 5;
- Zeolites and catalysis: synthesis, reactions and applications. Weinheim, 2010.
Завантажити статтю
