Bygger den bedste zeolit

Hvis videnskaben og naturen skulle have en baby, ville det helt sikkert være zeolitten. Denne specielle sten, med sin porøse struktur, der fanger vand inde, fanger også atomer og molekyler, der kan forårsage kemiske reaktioner. Derfor er zeolitter vigtige som katalysatorer eller stoffer, der fremskynder kemiske reaktioner uden at skade sig selv. Zeolitter udøver deres magi i medicin- og energiindustrien og en række andre. Med petrokemikalier bryder de store kulbrintemolekyler til benzin og videre til alle slags råoliebiprodukter. Anvendelser som væskekatalytisk krakning og hydrokrakning er stærkt afhængige af zeolitter.

Så vigtig er brugen af ​​zeolitter, at forskerne for årtier siden begyndte at fremstille dem (syntetiske) i laboratoriet med det samlede antal krystalstrukturer på over 250.

Nu har Jeffrey Rimer, Abraham E. Dukler professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved University of Houston, udgivet en anmeldelse i Nature Synthesis, et ubestridt grundlag i det globale zeolitforskningssamfund. tidsskrift, der opsummerer metoder i løbet af det sidste årti, der er blevet brugt til at fremstille state-of-the-art zeolitter med dimensioner i nanostørrelse og hierarkiske strukturer.

Resultaterne understreger, at mindre er bedre og struktur er kritisk.

"Disse egenskaber er afgørende for deres ydeevne i en lang række industrielle applikationer. Især de små porer af zeolitter pålægger diffusionsbegrænsninger for processer, der involverer katalyse eller separationer, hvor små molekyler skal få adgang til porer uden hindring fra ophobning af restmaterialer som koks, som er en kulholdig aflejring, der blokerer porerne," rapporterer Rimer. "Dette kræver nye metoder til at fremstille zeolitter med mindre størrelser og større overfladeareal, hvilket er en udfordrende opgave, fordi få zeolitter kan fremstilles med størrelser mindre end 100 nanometer."

Gennemgangsartiklen opsummerer avancerede metoder til at nå dette mål, herunder arbejde fra Rimers egen gruppe om finnede zeolitter, som han opfandt. Zeolitter med finner er en helt ny klasse af porøse katalysatorer, der bruger unikke funktioner i nanostørrelse til at fremskynde kemien ved at tillade molekyler at springe over de forhindringer, der begrænser reaktionen.

Rimer undersøger også, hvordan fremkomsten af ​​dataanalyse og maskinlæring hjælper zeolitdesign og giver fremtidige perspektiver i dette voksende forskningsområde. Det hjælper med at udgøre de "nye metoder", som Rimer foreslår som tvingende, hvilket resulterer i store fordele ved at tilføre beregnings- og big data-analyser for at flytte zeolitsyntese væk fra trial-and-error-metoder.

Desuden vil fremskyndelse af processen med at krystallisere zeolitter og fremskynde reaktionerne af zeolitterne selv resultere i mange socioøkonomiske fordele, ifølge Rimer.

"Forbedret zeolitdesign omfatter udvikling af forbedrede katalysatorer til energianvendelser (herunder fremskridt inden for alternativ energi), nye teknologier til regulering af emissioner, der påvirker miljøet og separationer for at forbedre industrielle processer med indvirkning på olieraffinering, produktion af kemikalier og vandrensning." han sagde. + Udforsk yderligere

Brydende molekylære trafikpropper med finnede nanoporøse materialer