新結構分子篩SCM-14大突破—上海石油化工研究院院長、綠色化工與工業催化國家重點實驗室主任楊為民

○ 文／本刊記者 鄭 丹

SCM-14新結構分子篩的成功創制標志著我國石化技術關鍵核心材料自主創新實現重大突破。

由中國石化上海石油化工研究院楊為民團隊開發的全新結構的分子篩材料SCM-14（SINOPEC Composite Material 14），正式獲得國際分子篩協會（IZA）授予的結構代碼SOR。這意味著中國石化成為我國首個獲得分子篩結構代碼的企業，實現了國內工業企業在新結構分子篩合成領域零的突破。中國工程院院士戴厚良、馬永生等專家認為，這對于推動我國石油化工關鍵核心技術的自主創新具有重大意義。

圍繞SCM-14分子篩的開發，本刊記者采訪了中國石化上海石油化工研究院院長、綠色化工與工業催化國家重點實驗室主任楊為民教授。

原創性技術突破

中國石油石化：楊院長，您好！SCM-14是我國石化企業開發出的原創性、全新結構分子篩。新體現在哪兒？

楊為民：作為一種全新結構的分子篩，SCM-14分子篩的“新”主要體現在三個方面。結構新：SCM-14分子篩具有獨特的12×8×8元環三維垂直交叉的孔道體系，與已報道并經認證的其余238種分子篩結構都不相同，國際分子篩協會授予結構代碼SOR。合成方法新：SCM-14分子篩通過高效的高通量分子篩合成方法制得，與傳統合成方法相比，高通量分子篩合成方法大大縮短了新結構分子篩的開發周期。應用新：由于獨特的拓撲結構和骨架元素組成，SCM-14分子篩將有可能在某些方面具有獨特的性能，顯示出與現有分子篩不一樣的應用。

新結構分子篩SCM-14的成功創制標志著中國石化成為我國首個獲得分子篩結構代碼的企業，實現了國內企業在新結構分子篩合成領域零的突破，具有里程碑意義。

中國石油石化：在您看來，與國際石油化工巨頭研發的分子篩材料相比，SCM-14具有哪些獨特的優勢？

楊為民：ExxonMobil、Chevron等公司一直重視分子篩材料的研發，已獲得了多個分子篩結構代碼，有些分子篩已實現了工業應用。相對而言，國內在這方面起步較晚。我們開發出的SCM-14分子篩具有600℃焙燒結構穩定、拓撲結構為12×8×8元環三維垂直交叉的孔道體系和骨架組成元素為Si、Ge等特點。這將賦予SCM-14分子篩在催化、吸附等領域獨特的性能與應用優勢。

基礎研究+開放合作

中國石油石化：SCM-14改變了我國工業界沒有原創性新結構分子篩的歷史。上海院在哪些方面持續科研攻關，最終取得了技術突破？

楊為民：在SCM-14之前，我國工業界還沒有開發出原創性的新結構分子篩材料并獲得結構代碼。為了改變這一現狀，讓科技創新助力石化工業振興，服務國家重大需求，上海院面向世界科技前沿和石化主戰場，布局前瞻性基礎性研究。我帶領王振東博士、羅翼博士研究生等科研骨干自2013年起，開展了新結構分子篩合成的探索研究，利用先進的高通量分子篩合成與表征系統，實現了分子篩材料的高效合成與篩選。我們歷經5年共計2000余次試驗，先后合成出21個以中國石化命名的SCM系列分子篩。其中，SCM-14是一種全新結構的分子篩，具有獨特的12×8×8元環三維孔道體系，且熱穩定性優異，在催化與吸附等方面具有潛在的應用前景。

●供圖/中國石化上海石化院

應用前景值得期待

中國石油石化：新結構分子篩材料應用前景如何？

楊為民：評估新結構分子篩材料的應用前景應主要從性能、成本及相關產業的發展態勢來考慮。性能是關鍵，只有性能優異，新結構分子篩才有應用的可能。其次，生產成本也很重要，只有生產成本比現有分子篩有優勢，新結構分子篩才會有市場競爭力。要想新結構分子篩得到應用，光有性能、生產成本優勢還不夠，還得具備相關應用產業蓬勃發展的“東風”和有利于產業發展的大環境。

中國石油石化：SCM-14具有怎樣的應用前景？

楊為民：結構決定性能。SCM-14分子篩具有12×8×8元環三維垂直交叉孔道體系，有望在催化、吸附分離等領域得到應用。SCM-14分子篩的骨架元素為Si、Ge，酸強度較弱，有望用于弱酸催化的反應；基于Ge的元素特性，SCM-14可能在吸附等領域也有潛在應用；采用Al、Ti同晶取代Ge后，該分子篩還可用于中強酸催化的反應，如甲苯歧化，或選擇氧化反應，如苯酚羥化。所謂“天生我材必有用”，SCM-14分子篩的應用前景值得期待。

引領石化技術革命

中國石油石化：在您看來，新結構分子篩材料對我國石化技術和石化產業發展的重要性體現在哪些方面？

楊為民：從石化技術的發展歷程看，新結構分子篩的創制及工業應用往往會帶來石化技術的跨越式發展。如Mobile公司創制的ZSM-5分子篩，已廣泛應用于煉油化工過程，極大促進了相關技術與工藝的發展：用于催化裂化領域，降低汽油中的烯烴含量、提高汽油的辛烷值及氣體中的烯烴含量；用于化工領域，高效地實現甲苯歧化、二甲苯異構化、氣相烷基化制乙苯及環己烯水合制環己醇等工業過程，替代濃硫酸作催化劑，實現“三無”（無設備腐蝕、無環境污染、無硫酸銨副產）的環己酮肟Beckmann重排制ε-己內酰胺過程。

新結構分子篩材料SCM-14的開發對我國石化技術和產業發展同樣具有重要意義。首先，標志著我國石化企業也邁入了創制新結構分子篩材料的階段，成為國際上發現新結構分子篩俱樂部的成員；其次，圍繞SCM-14分子篩，我國石化企業有望發展出若干項具有自主知識產權的成套石化技術；再次，新結構分子篩材料SCM-14的開發將顯示出良好的示范效應，鼓勵我國石化企業加大原始創新的力度，促進我國石化行業的轉型升級和高質量發展。

中國石油石化：在SCM-14獲得結構代碼后，為加快從發現到工業應用的步伐，還需要做哪些工作？

楊為民：新結構分子篩從實驗室發現到工業應用，通常需要很長的時間、做大量的工作，這個前提是該分子篩材料在某些化工過程中表現出優于現有分子篩材料的性能。目前，SCM-14分子篩只是取得了結構代碼，只能算是邁出了萬里長征第一步。后期，我們將圍繞該材料開展大量的研究工作，深入表征其結構和物化性質。在此基礎上針對該材料的潛在應用方向與領域開展性能評價工作。綜合考慮其性能與成本，若其比現有分子篩更具競爭力與優勢，我們將開展合成與性能評價兩方面的中試研究，獲取更多的試驗數據。這些工作充分做好后，最后開展工業應用試點與推廣，形成具有自主知識產權的原創性石油化工新技術