[发明专利]一种具有特定取向分子筛单层薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及分子筛粉体颗粒的取向单层自组装，特别是提供了一种具 有特定取向分子筛单层薄膜的制备方法：溶剂修饰诱导分子筛颗粒取向单 层自组装。

背景技术

单层取向自组装分子筛颗粒是近十年来分子筛膜研究领域的热点。分 子筛膜作为一种新型的先进功能材料，自从上世纪九十年代初开始，就已 展开了广泛的研究并应用于各个学科领域。例如作为物质筛分分离、湿度 传感器、防腐蚀涂层、low-k材料，光学材料等等。随着科学实践的不断深 入发展，分子筛膜将会应用于更多的研究领域。

不过，尽管分子筛膜已经广泛用于诸多领域，其性能还期待能有更大 程度的优化和提高。而这也要求我们能够精确地控制所合成的薄膜的微结 构，包括薄膜的厚度、致密度、连续性及晶体的生长取向性。各个薄膜结 构特征都会极大地影响最终薄膜的相关性能，而各项性能之间又相互耦合， 相互影响。在各个薄膜结构参数中，薄膜的晶体取向无疑是其中最为重要 的结构参数之一。众所周知，分子筛晶体具有三维立体的孔道系统，且在 不同的晶面具有不同的孔道结构、尺寸。而这种微观层面上的结构差异最 终将导致分子筛膜的宏观性质相差极大。

实践表明，一般来说，具有优先晶体取向的分子筛薄膜相对无优先取 向的薄膜而言，性质将更加优良。所以今年来，人们逐渐将分子筛膜的研 究重点转移至合成具有优先晶体取向的分子筛薄膜结构上来。

严玉山等人以不锈钢为载体，以原位法合成出具有b-轴优先取向的单 层silicalite-1分子筛膜，并将其作为离子选择性电极，在随后的电化学测试 中，显示了良好的离子筛分功能；T.Bein等人合成具有优先晶体取向的LTA 型分子筛膜，在随后的性能测试中，显示了很高的水蒸气分子感应灵敏度； Z.Lai等人运用有机共价键法制备了取向的silicalite-1晶种层，并以此为基 础合成出了b-轴取向的分子筛膜，在对/邻二甲苯的分离中显示了很高的筛 分选择性；K.B.Yoon等人运用有机共价键法制备了取向的c-LTL型分子筛 单层，并在其孔道内装载了染料分子，得到了性能非常好的光学材料。所 以，能够精确地控制分子筛单层膜的取向，对于优化材料性能，并由此发 现其新的应用是具有重大的现实意义的。

制备单层取向分子筛薄膜的方法很多，如原位水热法，对流组装法， 电场诱导法以及有机键合法。相对于组装各向同性的分子筛颗粒，自组装 各向异性的分子筛颗粒更具有挑战性：由于各个晶轴方向具有不同的形貌， 所以要想使分子筛颗粒都以同样的排布方式排列于载体之上，需要更加严 格的控制组装条件；而目前，对于自组装各向异性的晶体而言，有机键合 法是最为有效的。其基本原理是将载体与分子筛粉体颗粒分别进行有机化 合物的修饰，后再将载体与分子筛粉体颗粒放入同一个反应器中，靠所修 饰的有机化合物上的官能团反应键合，从而使其得到有效组装。

但是上述方法也存在着诸多的缺点：由于其常用的有机化合物通常很 容易发生水解，导致整个反应必须在无水的条件下进行，这就需要严格控 制反应环境；同时，反应还需要在有机溶剂存在的条件下进行，因此，由 此产生的反应废液对环境也有一定的污染；另外，反应中所加入的分子筛 颗粒只有少数能连接到载体之上，剩余的不能完全有效的加以自组装。所 以能够发明一种高效、环保、简便的分子筛颗粒取向自组装方法便显得尤 为重要。

分子筛颗粒表面具有丰富的羟基官能团，因此，如果能以一种溶剂吸 附在其表面，再利用溶剂分子之间的相互作用，从而诱导分子筛颗粒之间 发生取向自组装，则可以大大简化传统的取向自组装流程，有利于进一步 开展相关的工作。

发明内容

本发明的目的是提供了一种具有特定取向分子筛单层薄膜的制备方 法：溶剂修饰诱导分子筛颗粒取向单层自组装。该方法合成出的分子筛膜 具有高的分离性能，合成具有高的重复性，并且不需要在载体表面预涂晶 种，该合成方法可以应用于各种复杂载体。

本发明提供了一种具有特定取向分子筛单层薄膜的制备方法，制备过 程如下：将铺展液铺展于载体之上；将分子筛粉体溶解于分散剂之中，并 进行搅拌或超声使其分散开来；搅拌或超声后，将分散了分子筛颗粒的分 散剂滴加到铺展液之上；将上述体系进行干燥，直到液体完全消失，干燥 的温度为10-180℃。