沸石催化剂进行常规处理使催化剂具有优异的畅通性和相互连接性。荷兰、比利时和法国的研究人员指出,一系列常规化学处理方法能够改变沸石的多孔结构,使每个多孔晶体具有3个尺寸范围。研究结果表明,这是一种在晶体中定制多孔结构的方法,且能够得到新型商业化晶体结构。

沸石是一种多孔晶态铝硅酸盐,广泛用于石油炼制和石油化学品合成领域。对于沸石而言,理想化学构型的转化通常由沸石内部微孔处催化剂的位点进行调控。研究人员多年研究结果表明,多种方法定制的多孔结构能够提高催化剂的性能并拓宽其应用。

沸石中短型内部通道直径仅有1nm,从而使大量反应物难以到达晶体结构中的催化热点并使产物难与其分离,解决这一难题将是一项重大挑战。

科学家通过制备介孔、晶体纳米通道的沸石催化剂,提供更高速度的分子通道。沸石具有大量多孔网络,这些多孔网络通向晶体外部,并与晶体内部的催化剂微孔相连,就像通向城市街道上开通或关闭的高速公路。这种设计避免了分子结构的瓶颈并提高了催化剂的活性。

这种多孔工程学只在仅有的几例实验中获得了成功,其建立在合成模板和后合成改性方法(Post—synthesis-modifi—cationMethods)的基础上。很少有沸石类型具有二孔尺寸(Two—pore—size)合并现象。尽管理论预测说这种分级孔结构作为催化剂非常有效,但是直到现在,仍然没有有关三尺寸或多尺寸范围的多孔结构沸石制备方法的报道。

荷兰乌德勒支大学(UtrechtUniver-sity)的KrijndeJong和Jovanazeevi在AngewandteChemie中对该研究结果进行了报道,他们开发了一种具有三维多孔结构的Y型沸石。这种沸石可在石油裂解领域广泛应用,在高温下将高分子质量的烃催化裂解为分子质量较小的烃。

研究小组(包括比利时TotalPetro—chemical研究中心的SandervanDonk、法国CharlesGerhardtInstitute的FrancoisFajula及其同事)通过电镜、断层照相(Tomography)和其他分析方法进行表征,发现采用酸蚀技术和蒸汽处理技术可以得到含1nm微孔和直径大于30nm的大型通道的铝酸盐沸石催化剂。

利用强碱溶液对上述样品进行处理,释放出硅,沸石中最大孔洞尺寸稍微增加,然后向5nm中等尺寸的通道中引入交联结构,将其他几种类型的孔结构相互连接,使这些分子通道具有相互连接性。该系列催化剂在裂解实验中的结果表明,三维沸石结构可以控制催化剂的活性并对产品具有选择性。

荷兰DelftUniversityofTechnology催化工程领域专家FreekKapteijn评论该工作时说,由于沸石晶体结构中化学反应和扩散之间重要的相互作用,该工作将相对简单的沸石分子结构转换和其催化活性结合在一起,其价值非常值得肯定。Kapteijn补充说,尽管该方法不能够用于所有催化剂或者化学反应,但是它将激发有关沸石催化剂其他方面的改进。