近年来沸石分子筛膜因在分离、催化、传感和防腐等研究领域具有重要的应用价值而引起广泛关注。其中, 具有优先取向微观结构的沸石分子筛膜由于能够显著降低客体分子在膜内的扩散路径并减少膜内的晶间界缺陷密度, 成为膜分离学科的研究重点。

沸石分子筛膜具有规整的孔道结构、优异的热稳定性与化学稳定性、理想的机械强度以及良好的活化活性,在分离、催化、传感和防腐等研究领域具有重要的潜在应用价值。 大量研究结果表明,沸石分子筛膜内部晶粒取向将显著影响膜材料的微观结构,进而对其应用性能产生重要影响。 因此,高度取向沸石分子筛膜的制备已成为该研究领域的热点。 以具有MFI型拓扑结构的沸石分子筛膜为例,由于其骨架结构由正弦曲线孔道(a⁃轴取向,0.51 nm×0.55 nm)和直孔道(b⁃轴取向,0.53 nm×0.56 nm)相互交叉构成,当晶体沿不同方向生长时,膜内的孔道结构差异很大,相应地,将对其传质特性产生重要影响。 与任意取向的MFI沸石膜相比,当晶体以b-轴方向垂直于载体表面生长时,膜内部晶间隙缺陷将显著减少,膜厚和传质阻力也将相应降低,这将对提升其渗透通量和分离选择性起到关键性的作用。

为进一步提高气-液界面处沸石晶种的取向排布驱动力,Hedlund等在将MFI沸石晶种分散液注向气-液界面的同时,在液体底部引入磁力搅拌,通过动态界面自组装的方式在不同载体表面均淀积出高质量b-轴取向MFI沸石晶种单层。并且,部分研究者在原有工作基础上进一步发展了湍流气-液界面辅助自组装技术用于二维MFI沸石纳米片取向晶种单层自组装。该方法通过引入循环水泵,使容器中的水体时刻处于湍流状态。当含有MFI沸石纳米片的仲丁醇悬浮液注射至空气-水界面时,重力作用下MFI沸石纳米片更倾向于以最大晶面与水层接触,从而有效避免垂直方向上晶种的无序堆叠以及a-轴取向晶种的存在;同时,处于湍流状态的气-液界面导致晶种面内组装的驱动力增加,进而显著提升了二维MFI沸石纳米片间的紧密排列程度。

​目前取向沸石分子筛膜的相关研究仍处于实验室阶段。为提高制膜效率及重复率,通常采用非对称多层分级陶瓷片作为载体。上述多孔载体虽然表面平整、易于修饰,但传质阻力较大且单位膜面积造价较高。因此选用高通量廉价多孔载体(如热稳定好的中空纤维)代替传统陶瓷载体用于生长取向沸石分子筛膜是当前亟需解决的问题。