Исследователи разработали самый стабильный и эффективный микропористый силикат, который влияет на промышленные выбросы.

Ученые из Китая и Испании совершили редкий прорыв в поиске более доступного и эффективного способа сокращения вредных промышленных выбросов, используя микропористые силикаты, называемые цеолитами, которые лежат в основе каталитических нейтрализаторов и других процессов для удаления загрязняющих веществ.

Исследователи из Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) и Государственной ключевой лаборатории неорганического синтеза и препаративной химии Цзилиньского университета заявили, что они разработали самый пористый и стабильный цеолит на сегодняшний день под названием ZEO-3. Эффективность недорогого материала в удалении летучих органических соединений (ЛОС) — прекурсоров самых вредных мелких частиц в окружающей среде, как отметили ученые, «отлична» по сравнению с другими цеолитами и металлоорганическими каркасами. 

За более чем 80-летнюю историю цеолитов, синтезированных человеком, трехмерно стабильный, сверхкрупнопористый силикатный цеолит всегда был целью всех исследователей в этой области. Эта тема остается большой проблемой, и за последние несколько десятилетий было сделано несколько прорывов,- сказал Ли Цзянь, ведущий автор статьи в официальном заявлении Цзилиньского университета. 

Используя чистый кремнезем, исследователи смогли спроектировать ZEO-3 так, чтобы его поры существовали в трех измерениях, создавая большую способность для больших молекул либо оставаться, либо реагировать. Именно этот прорыв дает ZEO-3 преимущество перед другими цеолитами. Вместо того, чтобы напрямую строить сетчатую структуру, команда адаптировала одномерный цепной силикат к трехмерной стратегии, вплетая его в цеолит с помощью реакции конденсации.

Рассел Э. Моррис из Университета Сент-Эндрюс отметил, что используемый механизм был похож на «химию щелчков» — методологию соединения молекул, получившую в прошлом году Нобелевскую премию по химии. Силикатные цепи выровнены, чтобы соединиться с высококристаллическим и почти бездефектным продуктом. Новый цеолит предлагает невиданные ранее возможности для различных применений.

Исследовательская группа заявила, что структура ZEO-3 придает ему сверхвысокую стабильность, что может иметь важные промышленные применения в нефтехимии и многих других областях, где необходимо удалять органические молекулы из выхлопных газов, которые способствуют загрязнению воздуха.

До сих пор цеолиты с очень большими порами не были стабильными, поскольку они были сделаны из германия, а не из кремния. Предыдущие стабильные цеолиты могли достигать до семи ангстрем. Один ангстрем — это стомиллионная часть сантиметра. Теперь новый цеолит имеет состав чистого кремнезема, а его поры достигают более 10 ангстрем,- сказал Мигель А. Камблор из ICCM, соавтор статьи.

Внутри ZEO-3 находится многомерная, взаимосвязанная система сверхкрупных пор, состоящая из 16 и 14 силикатных тетраэдров соответственно, которая остается стабильной даже при 1200 градусах Цельсия. Плотность ZEO-3 аналогична воде и составляет 1,27 грамма на кубический сантиметр. Но при удельной поверхности в 1000 квадратных метров на грамм поры в 7 граммах материала могут заполнить футбольное поле, если его разложить.