Если бы у науки и природы был ребенок, это, несомненно, был бы цеолит. Эта особая порода с ее пористой структурой, которая удерживает воду внутри, также удерживает атомы и молекулы, которые могут вызывать химические реакции. Вот почему цеолиты важны как катализаторы, или вещества, которые ускоряют химические реакции, не нанося вреда самим себе. Цеолиты творят свое волшебство в фармацевтической и энергетической промышленности, а также во множестве других отраслей. В нефтехимии они расщепляют крупные молекулы углеводородов на бензин и далее на все виды побочных продуктов переработки нефти. Такие области применения, как жидкостный каталитический крекинг и гидрокрекинг, в значительной степени зависят от цеолитов.
Использование цеолитов настолько важно, что десятилетия назад ученые начали производить их (синтетические) в лаборатории с общим количеством кристаллических структур, превышающим 250.
Теперь, бесспорный лидер мирового сообщества исследователей цеолитов, Джеффри Ример, профессор химической и биомолекулярной инженерии Абрахама Э. Дуклера в Хьюстонском университете, опубликовал обзор в Синтез природы журнал, обобщающий методы за последнее десятилетие, которые использовались для получения современных цеолитов с наноразмерными размерами и иерархической структурой.
Полученные результаты подчеркивают, что чем меньше, тем лучше, а структура имеет решающее значение.
"Эти характеристики имеют решающее значение для их производительности в широком спектре промышленных применений. Примечательно, что небольшие поры цеолитов накладывают диффузионные ограничения для процессов, включающих катализ или разделение, где небольшие молекулы должны получать доступ к порам без препятствий из-за накопления остаточных материалов, таких как кокс, который представляет собой углеродистый осадок, блокирующий поры", - сообщает Ример. "Это требует новых методов получения цеолитов с меньшими размерами и большей площадью поверхности, что является сложной задачей, поскольку немногие цеолиты могут быть получены с размерами менее 100 нанометров".
В обзорной статье кратко излагаются передовые методы достижения этой цели, включая работу собственной группы Римера по изобретенным им оребренным цеолитам. Цеолиты с ребрами - это совершенно новый класс пористых катализаторов, использующих уникальные наноразмерные свойства для ускорения химического процесса, позволяя молекулам преодолевать препятствия, ограничивающие реакцию.
Ример также рассматривает, как появление аналитики данных и машинного обучения помогает проектированию цеолитов, и предлагает перспективы на будущее в этой растущей области исследований. Это помогает создать "новые методы", которые Ример предлагает в качестве императивных, что приводит к значительным преимуществам применения вычислительного анализа и анализа больших данных для перехода от методов проб и ошибок к синтезу цеолитов.
Кроме того, по словам Римера, ускорение процесса кристаллизации цеолитов и реакций самих цеолитов приведет ко многим социально-экономическим преимуществам.
"Усовершенствованный дизайн цеолита включает разработку улучшенных катализаторов для энергетических применений (включая достижения в области альтернативной энергетики), новых технологий для регулирования выбросов, которые влияют на окружающую среду, и разделения для улучшения промышленных процессов, влияющих на переработку нефти, производство химикатов и очистку воды", - сказал он.
Комментарии