返回顶部
返回首页
返回首页
这篇《Science》,有望搅动100亿美元催化剂市场!雪佛龙公司谢丹点评,中国化工网,okmart.com
home 您现在的位置: 首页 >催化剂及助剂>产品资讯 > 详细信息
这篇《Science》,有望搅动100亿美元催化剂市场!雪佛龙公司谢丹点评
2021年07月08日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

Y型沸石分子筛消耗量居全球固体催化剂首位

流化催化裂化(FCC)和加氢裂化是目前石油炼制工业中最重要的原油二次加工过程,也是重油轻质化的核心工艺。

当前,几乎所有商业化裂化催化剂都是基于高硅铝比Y型沸石分子筛,其具有最易接近的微孔通道和高达50%的结构空隙空间,工业消耗量居全球固体催化剂首位,占全球催化剂市场的 10%,超过100 亿美元。

大孔Y型沸石分子筛的结构与挑战

最经典也是应用最广泛的Y型沸石具有3D大孔的FAU拓扑结构,由~7.4 Å圆形孔窗口与~1.15 nm3的球形超笼组成中国化工网okmart.com。然而,FAU的孔道结构不利于高沸点物种分子的扩散。因此,迫切需要开发具有更优活性和选择性的沸石分子筛,尤其是在苛刻加工条件下具有热稳定性和强酸性的大孔沸石,十分具有挑战性。

这篇《Science》,有望搅动100亿美元催化剂市场!雪佛龙公司谢丹点评 中国化工网,okmart.com

图1.经典大孔分子筛FAU拓扑结构和新型SBT、SBS拓扑结构

磷酸盐基沸石UCSB-6(框架结构代码 SBS)和 UCSB-10(框架结构代码SBT),具有3D大孔骨架,且具有可通过 12 环(由 12 个四面体原子包围)窗口进入的超级笼,在结构上类似于Y型分子筛。其中,SBT 包含一种体积为 ~1.14 nm3 的超级笼,通过两种不同的孔窗尺寸(7.8 Å x 7.3 Å 和 7.4 Å x 6.4 Å)相互连接;而 SBS 包含两种类型的超笼(~1.17 nm3 和 ~0.68 nm3 体积)通过两个不同的孔窗尺寸(7.0 Å x 6.9 Å 和 6.8 Å x 6.8 Å)相互连接。这些结构特征使得它们成为工业裂化催化剂的理想候选材料。尽管如此,磷酸盐基沸石的固有热稳定性较差,阻碍了其催化应用。

这篇《Science》,有望搅动100亿美元催化剂市场!雪佛龙公司谢丹点评 中国化工网,okmart.com

图2. SBS和SBT框架结构示意图

Science重磅: 发现两种具有良好热稳定性的大孔分子筛

有鉴于此,韩国浦项科技大学Suk Bong Hong教授团队通过使用“多重无机阳离子”、“电荷密度失配”的合成策略,制备出两种新型具有3D大孔且热稳定的硅酸铝分子筛PST-32和PST-2。其中,PST-32具有SBT骨架结构,PST-2是具有SBS/SBT共生结构的无序材料。PST-32 和 PST-2 的硅铝比 (SAR) 略高,具有可媲美Y型沸石的超笼和宽孔窗,同时在催化裂化过程中表现出优异的热稳定性。研究成果以“Synthesis of thermally stable SBT and SBS/SBT intergrowth zeolites”为题,发表在国际顶级期刊《Science》上。

这篇《Science》,有望搅动100亿美元催化剂市场!雪佛龙公司谢丹点评 中国化工网,okmart.com

旧法新用,多重无机阳离子+电荷密度失配策略

那么问题来了,这两种热稳定的大孔分子筛是怎么合成出来的呢?

原来,沸石UCSB-6和 UCSB-10是按照主客体电荷密度匹配原则设计的,具有各种骨架金属原子,如Co和Zn。在合成的过程中,需要使用线性柔性二胺的分子(如1,9-二氨基壬烷和 4,7,10-trioxa-1,13-十三烷二胺),并将其完全质子化以平衡由合成形式的过渡金属取代产生的负骨架电荷。这种二胺分子又被称为有机结构导向剂 (OSDA)。OSDA 的大小和形状与沸石的孔隙结构密切相关。

同时,使用多种无机阳离子作为无机结构导向剂 (ISDA)同样有助于引导沸石的形成并抵消铝引入带来的负电荷。

Suk Bong Hong教授课题组一直专注于使用多种无机阳离子以及相对简单且廉价的 OSDA 来指导沸石分子筛的合成。虽然这个概念已经存在了二十多年,但很少有关于结构方向协同效应的系统研究的报道。

在这项研究中,研究人员使用 Na+ 和 Cs+ 作为主要和次要 ISDA,以及 N,N'-二甲基- 1,4-二氮杂双环 [2.2.2] 辛烷 (Me2-DABCO) 作为 OSDA,通过多重无机阳离子法合成了PST-32,一种热稳定的铝硅酸盐 (Si/Al = 4.0) 版本的 UCSB-10。同时,使用 四乙铵 (TEA+) 作为电荷密度失配 OSDA 和 Cs+ 作为 100°C 下狭窄结晶场的结晶 ISDA,合成了PST-2。

这篇《Science》,有望搅动100亿美元催化剂市场!雪佛龙公司谢丹点评 中国化工网,okmart.com

图3. PST-32 和 PST-2沸石的结构表征

这项研究表明,通过系统地探索无机和有机结构导向剂的协同效应,可以将许多具有多维通道系统的假设笼型沸石结构合成为成分稳定的形式。

PST-32 和 PST-2的热稳定性和催化活性

随后,研究人员进一步考察了两种大孔分子筛在600 ℃高温下柴油烃类裂解反应的催化活性和稳定性,并将其与经典分子筛H-β (Si/Al=12.5)和商业化沸石H-USY的柴油裂解催化性能对比。

研究结果表明, 在柴油转化率 37-45%下,PST-32 具有最优的轻质烯烃(乙烯和丙烯)的产率,高达21%(图 4C),PST-2 上的轻烯烃产率 为18%),明显高于 H-USY 和 H-β分子筛(均为 13%)。

这篇《Science》,有望搅动100亿美元催化剂市场!雪佛龙公司谢丹点评 中国化工网,okmart.com

图4. PST-32 和 PST-2沸石柴油裂解催化制备乙烯和丙烯的活性对比

此外,与 H-USY 不同, PST-32 和 PST-2 即使在 48 h-1 的高空速催化反应下,运行 100 min轻质烯烃产率也没有明显下降,说明其催化稳定性能更好。这些结果均表明 PST-32 和 PST-2 在催化裂化应用方面具有巨大潜力。

同期,来自世界最大的能源公司之一、雪佛龙技术中心的谢丹研究员受邀发表了PERSPECTIVE文章,并称赞道:这项研究提供的方法可以作为合理合成现有和假设的笼型沸石结构的范例。


然而,需要更好地了解每种类型的无机阳离子在形成过程中的确切作用。

此外,PST-32 和 PST-2 的发现可能会促进对其合成、修饰和催化性能的进一步研究。这既包括传统的石油裂解工艺,也包括生物质转化以生产可再生化学品和燃料。

参考文献:


标签:产品资讯催化剂及助剂精细化学品企业聚焦市场评论
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国化工网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
中国化工网手机站MOBILE
扫描二维码,获取手机版最新资讯 公众号:中国化工网 您还可以直接微信扫描打开
全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识