高活性低硅鋁比中空ZSM-5沸石研究獲進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心生物基材料與仿生構(gòu)筑研究部與英國曼徹斯特大學(xué)合作制備出高活性低硅鋁比中空ZSM-5沸石，該研究成果刊登在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上。

ZSM-5沸石由于其微孔結(jié)構(gòu)(孔徑為0.51～0.56 nm)和可調(diào)變的固體酸特性，在石油裂解、石化產(chǎn)品精制方面發(fā)揮著重要的作用。由于沸石微孔限制反應(yīng)物傳質(zhì)，近幾十年以來研究重點(diǎn)一直是提高反應(yīng)物對(duì)沸石酸性位的可接觸性以提高其催化活性。通常采用堿液后處理選擇性脫硅刻蝕出晶內(nèi)介孔來提高沸石酸性位的可接觸性。但是由于沸石母相中四配位鋁對(duì)脫硅起抑制作用，這種方法只適用于合成硅鋁比較高的ZSM-5沸石，合成具有良好可接觸性的低硅鋁比ZSM-5沸石仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。

該研究團(tuán)隊(duì)通過高溫快速老化沸石合成母液制備出含有非骨架鋁的沸石母相，再通過四丙基氫氧化銨溶解、再結(jié)晶將非骨架鋁轉(zhuǎn)化為骨架鋁，同時(shí)形成中空結(jié)構(gòu)。該方法因采用含有非骨架鋁的沸石作為母相，打破了四配位骨架鋁對(duì)沸石溶解、再結(jié)晶的限制，從而制備出硅鋁比低至16的中空ZSM-5沸石。

低硅鋁比中空ZSM-5沸石在碳?xì)浠衔锪呀庵?，尤其是在大分子碳?xì)浠衔锪呀庵斜憩F(xiàn)出高活性、高穩(wěn)定性和高丙烯選擇性的特點(diǎn)。研究者通過脈沖場梯度核磁共振(PFG-NMR)研究了沸石催化劑的傳質(zhì)特性，表明低硅鋁比中空ZSM-5沸石優(yōu)異的催化性能來源于大量的可接觸酸性位。

該方法除了適用于合成低硅鋁比中空ZSM-5沸石之外，對(duì)其他中空雜原子摻雜沸石合成的技術(shù)路線也具有參考意義。