中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在分子篩表面?zhèn)髻|(zhì)研究中取得進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在分子篩表面?zhèn)髻|(zhì)研究中取得進(jìn)展，通過控制SAPO-34分子篩的表面阻力，實(shí)現(xiàn)對甲醇制烯烴(MTO)反應(yīng)催化壽命以及低碳烯烴選擇性的調(diào)控。相關(guān)研究成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志。

分子篩因其擇形選擇性被應(yīng)用于多相催化與氣體分離等領(lǐng)域。研究表明，分子篩晶體內(nèi)部擴(kuò)散阻力和表面阻力是客體分子傳質(zhì)阻力的兩個(gè)重要來源。目前，分子篩的傳質(zhì)研究多聚焦于晶體內(nèi)部的自擴(kuò)散，而客體分子的表面擴(kuò)散行為常被忽略。表面阻力與晶體表面特征相關(guān)，很多過程中客體分子表面阻力被認(rèn)為是分子篩傳質(zhì)的主導(dǎo)因素。但是，定量描述分子篩表面?zhèn)髻|(zhì)阻力對催化反應(yīng)的影響，以及通過直接控制表面阻力調(diào)控分子篩催化性能，仍是催化反應(yīng)工程研究的挑戰(zhàn)。

該研究團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)液相沉積法與酸蝕技術(shù)修飾SAPO-34分子篩的晶體外表面。研究者根據(jù)前期提出的表面滲透率公式，直接測定修飾前后的分子篩的表面滲透率，定量得到分子篩的表面?zhèn)髻|(zhì)阻力。采用該方法修飾分子篩外表面的過程中，分子篩形貌、內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)、酸性質(zhì)與晶內(nèi)擴(kuò)散性質(zhì)幾乎不變。

研究發(fā)現(xiàn)，控制相關(guān)客體分子在分子篩晶體上的表面?zhèn)髻|(zhì)能力，降低其表面阻力，有助于加快客體分子進(jìn)出分子篩晶體，最終延長分子篩壽命，提高低碳烯烴選擇性。該研究通過定量改變表面阻力來控制MTO催化反應(yīng)的性能，揭示表面阻力在分子篩催化中的重要作用，展示出控制反應(yīng)和擴(kuò)散這一對介尺度作用機(jī)制可直接調(diào)控分子篩催化反應(yīng)性能的新思路。