由于具有广泛的多孔骨架结构以及相关的分子筛分离特性，热和化学稳定性以及机械耐久性，因此无机沸石膜是一类重要的膜。沸石膜的开发和对潜在分离机理的研究都取得了重大进展。在各种沸石中，具有4.2 Å 通道直径的亲水性NaA分子筛膜已被广泛研究用于小分子气体分离，并由于其在全蒸发过程中具有出色的水传输性能而成功地用于商业化有机溶剂的脱水。然而，这些分离过程都是在温和的温度下进行，尚未探索在高温反应上应用沸石NaA膜。
最近，美国伦斯勒理工大学Yu等人在《Science》上报道了一种具有阻气导水纳米通道的沸石膜，该膜可在高温（200至250°C）和压力下选择性地去除CO2脱氢过程中的副产物水，从而大大提高了CO2转化率和甲醇收率。
近日，澳大利亚蒙纳士大学王焕廷教授在《Joule》上总结报道了该研究工作。
文章要点
1）Yu等人通过合理设计的合成方法将NaA沸石纳米通道组装到了厘米级的多孔陶瓷空心纤维膜上，该膜的缺陷可以忽略不计。将沸石颗粒（50至200 nm）沉积为晶种，然后进行水热二次生长。研究发现，高密度晶种在200°C过夜热退火有助于稳定衬底上的NaA沸石颗粒，并促进连续无缺陷NaA沸石的生长。用大种子（例如，> 400nm）制备的NaA膜虽然显示出低的水/气选择性，但是具有高的气体渗透性。
2）NaA沸石纳米通道膜表现出出色的水渗透性能，同时有效地使气体黑化，导致在CO2加氢条件下的水渗透性比气体高2至3个数量级。 Yu等人将这种高的水/气体选择性归因于沸石纳米通道内的Na+门控效应。他们推测，Na+门控可促进极性小的水分子的通过，而极性较大的H2和CO2通过将受到阻碍，从而导致水更快地通过沸石纳米通道传输。密度泛函理论（DFT）模拟，揭示了由于Na+与水分子之间的相互作用比H2和CO2更强，因此分子通过8-氧环的运输以及随后进入a-笼的运动有利于水的渗透。
3）Yu等人随后将阻气导水的沸石膜与典型的铜-锌铝矾土催化剂整合在一起，以催化CO2加氢。研究发现，该膜反应器极大地促进了CO2转化和甲醇的生产。 CO2转化率（最高61.4％）大于平衡转化率，是没有膜的反应器的2.6到3.0倍。其结果也是在相似反应条件下文献报道的最高值。此外，从反应器中原位除去水可保护催化剂免受水中毒和催化剂烧结的影响，并有益于高纯度甲醇的生产。这项工作中报道的导水膜可以进一步定制，并有可能扩大规模以用于工业应用。
总之，沸石水传导纳米通道在甲醇合成中的应用极大地扩展了沸石膜的应用，以应对开发可行的CO2转化和利用技术的关键挑战。
Xiaofang Chen,et al, Tailor-Made Zeolitic Water Nanochannels for Liquid Fuel Production, Joule, 2020
DOI：10.1016/j.joule.2020.03.014
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S254243512030129X
Li, H., et al, Na+-gated water-conducting nanochannels for boosting CO2 conversion to liquid fuels. Science, 2020
DOI：10.1126 / science.aaz6053
https://science.sciencemag.org/content/367/6478/667
