2.4. Наноструктурный материал мсм-41

Еще в те времена, когда в химической промышленности широко применялись только аморфные металлооксидные подложки для катализаторов, исследователи фирмы «Мобил ойл» осуществляли долгосрочную программу изучения кристаллических материалов в качестве подложек (рис. 1).

Эта программа позволила осуществить революционные преобразования многих процессов, связанных с катализом и его применениями такие материалы описаны более подробно). В ее рамках проводилось изучение цеолитов, а также пористых материалов с заданными формой, химическими свойствами поверхности и размером пор менее 1 нм. Полученные цеолиты Y и ZSM-5 сейчас широко используются в разных странах в нескольких важнейших процессах каталитической переработки нефти и нефтепродуктов, что дает миллиарды долларов дополнительной прибыли.[9]

Рис. 1. Разработка наноструктурного материала МСМ-41 фирмой «Мобил ойл».

2.5. Нанопористые полимеры и их применение для очистки воды

Использование циклодекстринов в качестве основных элементов структуры позволило синтезировать совершенно новый класс органических нанопористых полимеров с узким распределением пор по размерам (0,7—1,2 нм). Такие высокотехнологичные нанопористые полимеры обладают очень высокой способностью к «захвату» и переносу органических молекул-гостей на поверхностях раздела вода/твердое тело.

Константа связывания органических молекул-гостей такими полимерами на восемь порядков величины превосходит соответствующее значение для молекулярных циклодекстринов в воде, причем описываемый процесс является полностью обратимым в органических растворителях, аналогичных по действию этиловому спирту. Огромное значение этих разработок обусловлено тем, что контакт воды с полимерами подобного типа может снизить содержание в ней опасных органических загрязнителей практически до нуля (до нескольких частей на триллион) [10].

2.6. Фотокаталитическая очистка жидкостей

Введение активных агентов в отходы в месте их хранения или образования должно стать одним из основных методов очистки среды. На рис. 1 показаны схема очистки с использованием фотокаталитических систем и две конкретные наноструктуры, обладающие фотокаталитической активностью. На рис. 1, а представлен принцип использования наноструктурных частиц или пленок при фотокаталитической очистке отходов производства. Процессы такого типа могут также применяться для окисления органических отходов и биологических загрязнителей. В настоящее время они уже проверяются на многих производствах и можно считать доказанным, что введение наноструктурных материалов в жидкие отходы позволяет связывать загрязняющие вещества, в результате чего отходы очищаются до уровня, безопасного для окружающей среды [9].

В таких процессах предполагается использовать два новых материала, показанных на рис. 1, б и в. На рис. 1, б представлена структура неорганического фуллерена, построенная из атомов Мо и S. Поверхности такой регулярной структуры должны быть относительно инертны к ван-дер-ваальсовым взаимодействиям, а ее оптическая запрещенная зона попадает в область видимого света, что делает такую структуру идеальным агентом для фотоокисления жидких отходов. На рис. 1, в показана однослойная углеродная нанотрубка. Указывалось, что такие структуры могут эффективно использоваться для очистки газовых потоков и в качестве среды для аккумулирования водорода, адсорбции тяжелых металлов и других примесей. С помощью соответствующей модификации указанным неорганическим фуллеренам и углеродным нанотрубкам может быть придана специфическая химическая функциональность и избирательность [11].

Рис. 1. Использование наноструктур для фотокаталитической очистки жидких от¬ходов.

а — общая схема процесса;

б— неорганический фуллерен MoS;

в — однослой¬ная углеродная нанотрубка.