韓國熱穩定大孔硅酸鋁分子篩研究獲進展

韓國浦項科技大學研究團隊通過使用“多重無機陽離子”“電荷密度失配”的合成策略，制備出兩種具有3D大孔且熱穩定的硅酸鋁分子篩PST-32和PST-2。其中，PST-32具有SBT骨架結構，PST-2是具有SBS/SBT共生結構的無序材料。PST-32和PST-2的硅鋁比較高，其結構與Y型沸石的超籠和寬孔窗相似，在催化裂化過程中表現出優異的熱穩定性。相關研究成果發表于《科學》雜志。

流化催化裂化(FCC)和加氫裂化是目前石油煉制工業中最重要的原油二次加工過程，也是重油輕質化、增產低碳烯烴的核心工藝。目前，大多數商業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50%的結構空隙空間，工業消耗量居全球固體催化劑首位，占全球催化劑市場的10%。Y型沸石具有3D大孔的FAU拓撲結構，由約0.74 nm圓形孔窗口與約1.15 nm3的球形超籠組成。然而，FAU孔道結構不利于高沸點物種分子的擴散。因此，開發具有更優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定性和強酸性的大孔沸石勢在必行。

該研究團隊使用多種無機陽離子作為無機結構導向劑(ISDA)以及有機結構導向劑(OSDA)合成沸石分子篩，有助于引導沸石的形成并抵消因過渡金屬取代或鋁引入帶來的負電荷。

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[2.2.2]辛烷(Me2-DABCO)作為OSDA，通過多種無機陽離子法合成PST-32，得到一種熱穩定的鋁硅酸鹽(硅鋁比為4.0)結構的UCSB-10(SBT)。同時，使用四乙銨(TEA+)作為電荷密度失配的OSDA、Cs+作為100 ℃下狹窄結晶場的結晶ISDA，合成PST-2。

研究者通過對無機和有機結構導向劑的協同效應進行研究，發現可實現將具有多維通道系統的假設籠型沸石結構合成為成分穩定的物質。并進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烯烴反應中的催化活性和穩定性，將其與經典分子篩H-β(硅鋁比為12.5)和商業化沸石H-USY的柴油裂解催化性能對比。結果表明，在柴油轉化率為37%～45%的條件下，PST-32上的輕質烯烴(乙烯和丙烯)產率高達21%，PST-2上的輕烯烴產率為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的高質量空速催化反應下運行100 min，輕質烯烴產率也沒有明顯下降，說明其催化穩定性能更好。上述結果表明PST-32和PST-2在催化裂化領域將具有應用潛力。