韓國(guó)熱穩(wěn)定大孔硅酸鋁分子篩研究獲進(jìn)展

韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用“多重?zé)o機(jī)陽(yáng)離子”“電荷密度失配”的合成策略，制備出兩種具有3D大孔且熱穩(wěn)定的硅酸鋁分子篩PST-32和PST-2。其中，PST-32具有SBT骨架結(jié)構(gòu)，PST-2是具有SBS/SBT共生結(jié)構(gòu)的無(wú)序材料。PST-32和PST-2的硅鋁比較高，其結(jié)構(gòu)與Y型沸石的超籠和寬孔窗相似，在催化裂化過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

流化催化裂化(FCC)和加氫裂化是目前石油煉制工業(yè)中最重要的原油二次加工過(guò)程，也是重油輕質(zhì)化、增產(chǎn)低碳烯烴的核心工藝。目前，大多數(shù)商業(yè)FCC催化劑都是基于高硅鋁比Y型沸石分子篩，其具有最易接近的微孔通道和高達(dá)50%的結(jié)構(gòu)空隙空間，工業(yè)消耗量居全球固體催化劑首位，占全球催化劑市場(chǎng)的10%。Y型沸石具有3D大孔的FAU拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由約0.74 nm圓形孔窗口與約1.15 nm3的球形超籠組成。然而，F(xiàn)AU孔道結(jié)構(gòu)不利于高沸點(diǎn)物種分子的擴(kuò)散。因此，開(kāi)發(fā)具有更優(yōu)活性和選擇性的沸石分子篩，尤其是在苛刻條件下具有熱穩(wěn)定性和強(qiáng)酸性的大孔沸石勢(shì)在必行。

該研究團(tuán)隊(duì)使用多種無(wú)機(jī)陽(yáng)離子作為無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(ISDA)以及有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(OSDA)合成沸石分子篩，有助于引導(dǎo)沸石的形成并抵消因過(guò)渡金屬取代或鋁引入帶來(lái)的負(fù)電荷。

研究者使用Na+和Cs+作為主要和次要的ISDA，以及N，N′-二甲基-1，4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷(Me2-DABCO)作為OSDA，通過(guò)多種無(wú)機(jī)陽(yáng)離子法合成PST-32，得到一種熱穩(wěn)定的鋁硅酸鹽(硅鋁比為4.0)結(jié)構(gòu)的UCSB-10(SBT)。同時(shí)，使用四乙銨(TEA+)作為電荷密度失配的OSDA、Cs+作為100 ℃下狹窄結(jié)晶場(chǎng)的結(jié)晶ISDA，合成PST-2。

研究者通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)和有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)將具有多維通道系統(tǒng)的假設(shè)籠型沸石結(jié)構(gòu)合成為成分穩(wěn)定的物質(zhì)。并進(jìn)一步考察了兩種大孔分子篩在600 ℃高溫下柴油烴類裂解制輕質(zhì)烯烴反應(yīng)中的催化活性和穩(wěn)定性，將其與經(jīng)典分子篩H-β(硅鋁比為12.5)和商業(yè)化沸石H-USY的柴油裂解催化性能對(duì)比。結(jié)果表明，在柴油轉(zhuǎn)化率為37%～45%的條件下，PST-32上的輕質(zhì)烯烴(乙烯和丙烯)產(chǎn)率高達(dá)21%，PST-2上的輕烯烴產(chǎn)率為18%，明顯高于H-USY和H-β分子篩(均為13%)。此外，與H-USY不同，PST-32和PST-2即使在48 h-1的高質(zhì)量空速催化反應(yīng)下運(yùn)行100 min，輕質(zhì)烯烴產(chǎn)率也沒(méi)有明顯下降，說(shuō)明其催化穩(wěn)定性能更好。上述結(jié)果表明PST-32和PST-2在催化裂化領(lǐng)域?qū)⒕哂袘?yīng)用潛力。