沸石具有大的比表面积、发达的孔道结构、可调变的表面性质、强的酸性、高的热稳定性和水热稳定性,作为吸附剂、催化剂或催化剂载体,被广泛应用于催化、吸附分离、离子交换等领域。然而由于其本身有限的孔径尺寸(小于2nm)及较低的表面活性位可利用率,限制了大分子在其中的吸附与扩散,因此限制了其在催化、转化等方面的应用。尤其是在石油资源日益短缺、重质油资源包括油砂沥青等的利用日益受到重视的今天,开发新的重质油裂解大孔分子筛类催化剂是未来重油和油砂沥青资源充分利用的关键之一。随着分子筛催化技术的不断发展,人们对分子筛催化剂的功能性提出了越来越高的要求。

沸石为典型的多孔材料,在其晶体表面构筑一层介孔壳层,可组成具有梯度孔分布的核-壳结构复合材料。这种以沸石为核的核-壳结构复合材料作为纳米反应器,可以实现化学反应的分步、连续进行,从而提高反应效率;介孔壳层可起到分子筛分作用,阻止大分子扩散到沸石表面堵塞沸石孔道,保护沸石的活性中心,从而延长催化剂的寿命;同时也可以减少纳米沸石表面酸性位,降低表面积炭的可能性,延长催化剂的寿命;在沸石及介孔壳层中装载不同金属纳米颗粒等活性物种,可以制得多功能的沸石分子筛基催化剂。

以沸石为核,介孔氧化硅、介孔碳为壳的“多级孔道”和“梯度”酸分布的核-壳结构复合 材料在催化裂化、加氢裂解、精细化学品合成、吸附等领域中具有潜在应用前景。同时,多级孔道结构的核-壳复合材料也为其他多孔材料的制备提供了一种很好的模板。Yoon等人通过合理地配置沸石合成凝胶的组成,以及设计合理的合成条件,成功地在基底上得到均匀的沸石膜。他们可以精确地控制沸石膜中孔道走向,从而使这些膜在吸附分离中表现出很好的性能。随着沸石膜技术的发展,制备沸石为壳型核-壳结构复合材料越来越受到人们的重视。

核-壳结构沸石分子筛复合材料在煤化工、石油 化工、精细 化工等领域应用中展现了 优异的性能。这种特殊的结构作为高性能的吸附剂,可以广泛应用于气体分离、载药等领域;作为催化剂,可以大大提高反应物的转化率,延长催化剂的寿命,也可以实现对目标产物的定向设计;且磁性沸石的特性赋予了沸石类吸附催化材料优异的分离性能,从而使得催化剂、吸附剂可以循环利用。