المنخل الجزيئي الصناعي يربط الماء بشكل أفضل من الزيوليت

شامباين ، إلينوي - الزيوليت هي فئة مهمة للغاية من المواد غير العضوية

الصورة مقدمة من ME Kosal و K. Suslick
نموذج ملء الفراغ لهيكل منخل جزيئي مبني جزيئيًا.
المواد التي يمكنها فصل الغازات أو السوائل على أساس الحجم الجزيئي والشكل. تُستخدم هذه المناخل الجزيئية ، وهي العمود الفقري لصناعة تبلغ تكلفتها مليار دولار سنويًا ، في العديد من التطبيقات ، بدءًا من إنتاج المواد القابلة للتحلل المنظفات، لإزالة الرطوبة من أنابيب الغاز الطبيعي ، إلى التكسير التحفيزي

تقطير البترول الثقيل في البنزين.

الآن ، ابتكر الكيميائي Kenneth S. Suslick وزملاؤه في جامعة إلينوي في Urbana-Champaign فئة جديدة من المواد التي تشبه الزيوليت من نواحٍ عديدة. هذه المواد الصلبة الجزيئية الجديدة هي مساحة فارغة بنسبة تزيد عن 50 في المائة يمكنها حبس الجزيئات بالحجم والشكل المناسبين ، بما في ذلك الماء. أبلغ العلماء عن اكتشافهم في ورقة تم قبولها للنشر في مجلة Nature Materials ، وتم نشرها على موقع الويب الخاص بها www.nature.com/materials.

قال Suslick ، أستاذ الكيمياء في William H. و Janet Lycan في إلينوي: "هذا النظير الزيوليت العضوي يربط الماء بشكل أسرع وأقوى من أفضل عوامل التجفيف ولديه قدرة أعلى على تخزين المياه". "تُظهر المادة أيضًا انتقائية الشكل ، مما يسمح فقط بدخول نطاق ضيق من الجزيئات."

تم اكتشاف الزيوليت ، وهو معدن طبيعي يتكون من الألومنيوم والسيليكون ، في العصور الوسطى. في ذلك الوقت ، تم اختبار خصائص المادة عن طريق تسخينها بأنبوب نفخ. عندما تم تسخين هذه المادة ، تم إطلاق الماء المغلي. اشتق اسم الزيوليت من الكلمات اليونانية التي تعني "حجر الغليان".

قدرة المناخل الجزيئية

كانت القدرة على صنع أنواع أخرى من المناخل الجزيئية هدفًا رئيسيًا في كيمياء المواد. ومع ذلك ، فقد تم إحباط هذا الهدف ، لأن معظم المواد الصلبة ليست مسامية ، في البداية ، وتؤدي عملية تكوين المسام إلى انهيار معظم المواد.

لبناء مواد صلبة متناهية الصغر قوية لا تعتمد على السيليكا والألومينا ، استخدم الباحثون كتل بناء جزيئية أكبر بكثير تسمى جزيئات ميتالوبورفيرين على شكل دونات والتي تربط الذرات المعدنية في الثقب الأوسط. ترتبط Metalloporphyrins ارتباطًا وثيقًا بالهيموجلوبين (الصبغة الحمراء في الدم) والكلوروفيل (الصباغ الأخضر في النباتات).

عن طريق تسخين خليط من حمض البورفيرين الخاص وكلوريد الكوبالت إلى 200 درجة مئوية ، ابتكر سوسليك وزملاؤه مركبًا يسمى PIZA-1 (Porphyrinic Illinois Zeolite Analogue #1).

قال سوسليك: "أظهر PIZA-1 خصائص رائعة كمنخل جزيئي اصطناعي لإزالة الماء من المذيبات العضوية الشائعة". بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن metalloporphyrin يحتوي على معدن في المنتصف يمكن أن يكون نشطًا محفزًا ، توجد إمكانية لصنع محفزات انتقائية للشكل لأغراض محددة. لا يمكننا فقط امتصاص الجزيئات بشكل انتقائي في المادة الصلبة ، ولكن يمكننا أيضًا جعل الجزيئات المحاصرة تخضع لتفاعلات كيميائية مثل الأكسدة التحفيزية للوقود ".

تستخدم في التفاعلات التحفيزية

قال سوسليك إن التفاعلات التحفيزية التي من شأنها تحويل الهيدروكربونات في البنزين إلى مواد كيميائية تتفاعل لصنع بوليمرات مثل النايلون ليست ممكنة بعد. "لكن القدرة على استخدام الوقود الأحفوري كمواد وسيطة كيميائية ، بدلاً من مجرد حرقها ، هي تقنية ستصبح مهمة للغاية هذا القرن."

المزيد من المنتجات الترويجية

• مجفف الطين
• جل مجفف
• كيس المجفف

تعرف أكثر عن اللغة الصينية الزيوليت الطبيعي المورد.