مواد متخلخل:
اهمیت مواد متخلخل از زمان باستان، زمانی که از ذغال چوب متخلخل برای خواص دارویی آن استفاده میشد شناخته شده بود، علاقمندان به حفاظت از محیط زیست و صرفه‌جویی در انرژی، تحقیقات روی مواد متخلخل را که کاربردهای متعددی مانند کاتالیزور، جداسازی، عایق‌بندی، حسگرها، کروماتوگرافی و غیره دارند را احیا کرده است.
به طور کلی مواد متخلخل به موادی گفته میشود که در ساختارهای خود از حفرات و منافذی با شکل و اندازههای گوناگونی ساخته شدهاند. اتحایه بین المللی شیمی محض و کاربردی( IUPAC ) مواد متخلخل را با توجه به اندازهی حفرات خود به سه دسته کلی تقسیمبندی کرده است: میکروحفرات با اندازه حفراتی کوچکتر از 2نانومتر و مزوحفرات با اندازه حفراتی بین50-2 نانومتر و ماکروحفرات با اندازه حفراتی بزرگتر از50 نانومتر، مواد متخلخل باتوجه به ویژگیهای منحصر بفردشان از جمله خواص اسیدی، قلیایی، الکتریکی و نیمه الکتریکی با منافذی در اندازههای گوناگون و قابل تنظیم و سطح مناسب با مساحت بالا و همچنین به علت داشتن ساختارهایی در مقیاس نانو اهمیت بالایی در علوم و فناوری پیدا کرده‌اند.
مواد متخلخل و کارایی بالای آنها به علت ویژگیهای حفرات و منافذشان به ما در ساخت و طراحی کاتالیزورهایی با انتخاب پذیری بالا کمک بسیاری کرده است از این طریق میتوان به کاتالیزورهای سازگار با محیط زیست دست پیدا کرد که از وقوع تولید محصولات جانبی ناخواسته و یا مواد سمی و زائد جلوگیری می‌کند.
انگیزه مهم و اساسی برای علاقه و کاربرد ساختارهای متخلخل توانایی آنها در ارتقاء حالت ماده است که این عملکرد نسبی آنها به شدت به ساختار منافذ داخلی هر ماده وابسته است. برای درک بهتر یک فرآیند فیزیکی خاص که در محیط متخلخل اتفاق میافتد باید ویژگیهای مختلف آنها از جمله هندسه داخلی، اندازه، اتصال و غیره مشخص شود عواملی مانند توپوگرافی منافذ، ابعاد فراکتال، شیمی سطح و توزیع اندازه منافذ در زمینه جذب تاثیرگذارند که مهمترین آنها توزیع اندازه منافذ است زیرا اطلاعات اولیه‌ای در مورد یک ماده متخلخل میدهد. توزیع اندازه منافذ بر خواص فیزیکی جاذب و جذب فیزیکی آن تاثیر میگذارد. برای تاثیرگذاری در صنعت باید مواد متخلخل مقیاس‌پذیر باشند و دارای معیارهای عملکردی همچون پایداری طولانی مدت، سینتیک جذب، انتخاب پذیری و پردازش‌پذیری را برآورده کنند.
چارچوب‌های متخلخل مزایای زیادی نسبت به کاتالیزورهای همگن و ناهمگن و مواد غیرمتخلخل از جمله سهولت بازیابی و انتخاب شکل و اندازه دارند.
خواص فیزیکی مواد به شدت تحت تاثیر اندازه، تعداد و شکل منافذ و همچنین به هم پیوستگی منافذ است. با این حال اندازه منافذ، بیشترین و گسترده‌ترین تاثیر را روی خواص جامدات در مقایسه با سایر پارامترها دارد. بنابراین استفاده از این پارامتر به عنوان وسیلهای برای توصیف و مقایسه جامدات متخلخل مختلف، مفید و راحت است. زئولیتها، چارچوب‌های آلی‌فلزی (MOFs) ، چارچوب‌های آلی کوالانسی (COFs) و پلیمرهای آلی متخلخل، از جمله مواد متخلخل هستند. زئولیتهای متخلخل بیشترین سهم را در جامع داشته‌اند همچنین زئولیتها بیشترین کاربرد را در کاتالیزورهای صنعتی به ویژه در کاتالیزور ناهمگن دارند.
ویژگیهای مختلف مواد متخلخل مانند معماری منفذ(اندازه، شکل، کاربرد)، نحوه توزیع منافذ، همراه با مشخصات شیمیایی دیواره منفذ، ویژگی‌ها و کاربردهای میکروپور به دلیل دارا بودن ویژگیهای مطلوبی همانند، سطح ویژه بالا، اندازه حفره قابل تطبیق، آبدوستی، اسیدیته و پایداری شیمیایی و حرارتی به طور گسترده به عنوان کاتالیزورهای اسیدی کاربرد دارند. با این وجود یکی از اشکالات عمده آنها اندازه منافذ کوچکشان می‌باشد و در واکنش‌هایی که مولکلولهای بزرگ(کراکینگ هیدروکربنهای بزرگ) حضور دارند، کاربردی ندارند. زئولیتها مشکلاتی از قبیل انتقال جرم، نفوذ واکنشگرها و محصولات به داخل و خارج محلهای فعال را دارند. در حالی که مولکول‌های مزوپور با قطر منافذ بیشتر محدودیت کمتری در مقایسه با زئولیتها دارند. از طرفی مزوپورها دارای معایبی همچون اسیدیته و پایداری گرمایی پایین هستند. از جمله تلاش‌هایی که جهت غلبه بر این ضعف صورت گرفته است تهیه‌ی کاتالیزورهایی با خواص بهینه است که دارای ویژگیهای مواد میکروپور و مزوپور به طور همزمان هستند.
زئولیت چیست؟
زئولیت یک ماده‌ی طبیعی و مصنوعی شگفت‌انگیز با ساختاری کریستالی و منحصر‌به‌فرد است که زیر میکروسکوپ شبیه به یک اسفنج دیده میشود. این ساختار به زئولیت توانایی فوق‌العاده‌ای برای جذب، تصفیه و تبادل مولکول‌ها میدهد. زئولیتها به‌صورت طبیعی در سنگ‌های آتشفشانی یافت می‌شوند و همچنین در آزمایشگاه‌ها تولید می‌شوند. به دلیل توانایی جدا کردن و به دام انداختن مولکول‌های خاص در حالی که به مولکول‌های دیگر اجازه عبور می‌دهند، زئولیتها به‌عنوان "غربال‌های مولکولی" شناخته می‌شوند.
