[发明专利]一种单分散分子筛微球及其制备方法

说明书

本发明提供了一种单分散分子筛微球及其制备方法，所述单分散分子筛微球是由分子筛晶体堆积而成的球形结构，其中，分子筛晶体中铝和硅的摩尔比为0～1:1；所述微球的制备方法包含将单分散多孔二氧化硅微球与铝源、碱以及其它合成前驱体在一定条件下发生蒸气相辅助反应，使得单分散多孔二氧化硅微球与铝源、碱有序排列成晶体骨架结构，形成孔径和尺径可控的单分散分子筛微球。本发明的单分散分子筛微球在吸附、离子交换、催化、生物医药、电子信息、能源环保等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于分子筛材料制备技术领域，具体涉及一种单分散分子筛微球及其制备方法。

背景技术

单分散微球具有较高的球形度和较窄的粒径分布，其制备方法是各种应用领域的技术关键，包含无孔微球和多孔微球。多孔微球材料凭借其巨大比表面积、丰富孔道和优异吸附性能可广泛应用于色谱填料、催化、吸附、生物分离和药物控释等领域，成为微球发展热点。单分散多孔微球领域目前占主导地位的是高分子聚合物微球。近十几年来，微球的材料领域从高分子微球已经拓展至无机微球，特别是氧化硅或氧化钛微球，应用领域又从以往的一般工业应用发展到高尖端技术领域，如医疗和生物医药领域、电子信息等领域。例如功能化均粒的无定形二氧化硅微球已被CN102070152B报导。

然而单分散多孔微球目前仅有聚合物和氧化硅，具有固有均一微孔的单分散分子筛微球尚未见报导。分子筛(molecular sieve)材料由[TO₄]([SiO₄]、[AlO₄]、[PO₄]、[TiO₄]或其他杂原子氧合单元等)四面体之间通过共用顶点形成三维四连接骨架而产生周期性孔道。这其中，沸石(zeolites)为狭义意义上的分子筛，通常被定义为具有微孔结构的硅铝酸盐。由于是具有均匀微孔结构的无机晶体，分子筛材料拥有高的比表面积、热稳定性、化学稳定性和机械稳定性。分子筛的孔径均一，大小在0.3-2.0nm之间且可调，该孔径大小与一般分子的尺寸相近，因此可以依据其孔径大小筛分不同大小的分子；分子筛的元素组成如硅铝比可调节，游离阳离子可交换，使其库仑场得到控制，可选择性地吸附和渗透可极化程度不同的分子。沸石材料具有可调的酸性位点、孔道大小、和亲疏水性，被广泛应用于气体分离、催化和离子交换等领域。在实际应用过程中，满足机械强度和化学稳定性技术要求的成形体的材料(例如颗粒和微球)是材料选择的关键(Chem.Soc.Rev.,2013,42,6094-6112)。均匀的球形分子筛材料在商业应用中非常需要，通常使用塑形工艺来实现。但是塑形制备沸石(分子筛)微球主要存在以下问题：采用塑型配方通常使用黏合剂(例如粘土或高岭土)以及分散剂来帮助实现成型技术(ACS Appl.Mater.Interfaces 2019,11,44133-44143)不可避免地会导致沸石的结晶度降低，导致活性位点的浓度降低和部分孔道的堵塞。为克服这些问题，研究人员尝试合成分子筛球，但是目前合成球形分子筛具有很大的局限性：采用直接水热合成沸石微球的尺寸范围通常为1-2μm，尺径分布很宽，球形度不高(J.Mater.Chem.A,2018,6,6273–6281)，并且得到的产物结晶度不高，易产生杂晶(Chem.Mater.2016,28,4906-4916)；而硬模板策略目前仅适合生产毫米范围内的沸石球(ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,32239-32246)，而未见制备微米级分子筛微球。

因此，迫切需要开发具有均匀粒径、可调尺寸、均一孔径、且具有高稳定性、高机械强度的分子筛微球。

发明内容

为克服现有技术缺陷，本发明提供了以下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种单分散分子筛微球，其中，

所述单分散分子筛微球是由分子筛晶体堆积而成的球形结构，其中，分子筛晶体中铝和硅的摩尔比为0～1:1；且所述单分散分子筛微球包含多级孔结构，包括分子筛晶体内微孔以及分子筛晶体之间的孔道；