Przełomowy nowy zeolit ZMQ-1 przekształca ciężki olej w wysokowartościowe paliwo.

Niedawno zespół badawczy z Instytutu Bioenergii i Bioprocesów Technologicznych z Qingdao (ang. QIBEBT) w Chińskiej Akademii Nauk opracował przełomowy zeolit glinokrzemianowy ZMQ-1. Rozwiązuje on ograniczenia tradycyjnych zeolitów związane z wielkością porów, stabilnością i wydajnością katalityczną podczas przetwarzania dużych cząsteczek. Odkrycie to stanowi znaczący postęp w katalitycznych procesach przemysłu petrochemicznego. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature i wskazują, że ZMQ-1 jest pierwszym zeolitem glinokrzemianowym z wewnętrzną strukturą mezoporów z 28 pierścieniami.

Innowacyjna struktura i projekt ZMQ-1

Zeolit jest glinokrzemianowym minerałem o strukturze szkieletowej zawierającej wodę, krystalicznym materiale o strukturze mikroporowatej, który może absorbować lub filtrować cząsteczki innych substancji, dlatego jest również nazywany „sitem molekularnym”. Ma szerokie zastosowanie w wymianie jonowej, adsorpcji i katalizie. W życiu codziennym może być stosowany jako środek adsorpcyjny i suszący, katalizator lub współkatalizator, detergent, materiał budowlany itp. Jednak tradycyjne zeolity mają rozmiar mikroporów mniejszy niż 2 nanometry, co ogranicza ich możliwości w przetwarzaniu większych cząsteczek.

W przeszłości naukowcy próbowali wprowadzić mezopory (2 ~ 50 nanometrów) lub makropory (> 50 nanometrów) poprzez obróbkę końcową, taką jak trawienie kwasem i zasadą, aby uzyskać materiały molekularne sitowe „wielopoziomowe” lub „hierarchiczne” złożone z mikroporów, mezoporów i makroporów. Jednak te pory wprowadzone później zwykle mają nierównomierne rozmiary, co prowadzi do zmniejszenia krystaliczności sita molekularnego, stabilności strukturalnej i siły kwasowej, co utrudnia spełnienie wymagań zastosowań przemysłowych.

ZMQ-1 pokonuje to wąskie gardło, ma unikalny system kanałów mikroporów krzyżowych, zbudowany z 28 × 10 × 10元 pierścieni, a jego 28-pierścieniowy mezopor ma wymiary 22,32 × 11,84 angstremów, wchodząc w zakres mezoporów. Zespół badawczy wykorzystał trójwymiarową dyfrakcję elektronów (3DED) i skaningową transmisyjną mikroskopię elektronową (STEM) do analizy struktury ZMQ-1. Wyniki pokazały, że jego 28-pierścieniowe mezopory są połączone ze sobą przez 10-pierścieniowe okna mikroporowe, tworząc wydajny system kanałów, który umożliwia zarówno dużym, jak i małym cząsteczkom dyfuzję, rozwiązując w ten sposób problem ograniczenia dyfuzji tradycyjnych zeolitów.

Strategia syntezy i poprawa stabilności

Udana synteza ZMQ-1 jest zasługą organicznego środka ukierunkowującego strukturę (OSDA) na bazie fosforu. W porównaniu z tradycyjnym OSDA na bazie amoniaku, OSDA na bazie fosforu ma silniejszy ładunek dodatni i wyższą stabilność, co sprzyja tworzeniu stabilnego szkieletu mezoporów. Dodatkowo, krystalizacja ZMQ-1 jest realizowana poprzez hydrotermalną syntezę z możliwością dostosowania stosunku krzemu do glinu (Si/Al), co umożliwia jego personalizację w określonych zastosowaniach.

Profesor Peng Lu stwierdził: „ZMQ-1 jest pierwszym zeolitem glinokrzemianowym z wewnętrznym systemem kanałów mezoporów. W przeciwieństwie do materiałów mezoporowatych, których struktura ulega uszkodzeniu po usunięciu szablonu organicznego w przeszłości, połączone ze sobą 28-pierścieniowe kanały ZMQ-1 stanowią znaczący przełom w projektowaniu zeolitów”.

Zalety ZMQ-1 w zastosowaniach katalitycznych

W procesie katalitycznego krakingu ciężkiego oleju, tradycyjne zeolity ze względu na ograniczenia mikroporów mają trudności z efektywnym przetwarzaniem dużych cząsteczek, podczas gdy ZMQ-1 wykazuje doskonałe właściwości katalityczne. W porównaniu z komercyjnymi katalizatorami zeolitowymi, zeolit ZMQ-1 zawierający fosfor wykazuje wyższą selektywność w reakcji katalitycznego krakingu ciężkiego oleju w stosunku do lekkich paliw (takich jak benzyna, olej napędowy) i wytwarza mniej produktów ubocznych, takich jak koks, skroplony gaz ropopochodny i suchy gaz.

Ponadto ZMQ-1 ma wyższą stabilność termiczną i hydrotermiczną, co zapewnia, że może on utrzymać swoją wydajność w trudnych warunkach przemysłowych. Ta unikalna struktura mezoporów i stabilne właściwości chemiczne sprawiają, że ma on ogromny potencjał zastosowania w katalitycznej konwersji dużych cząsteczek, adsorpcji i separacji itp.

Wnioski

ZMQ-1 jako nowy rodzaj zeolitu glinokrzemianowego, dzięki swojej wewnętrznej strukturze kanałów mezoporowatych, z powodzeniem rozwiązał problem ograniczenia wielkości porów tradycyjnych zeolitów i wykazał doskonałe właściwości katalityczne i stabilność. Przełom ten nie tylko stymuluje rozwój katalitycznych procesów w przemyśle petrochemicznym, ale także stwarza nowe możliwości dla krakingu ciężkiego oleju i zastosowań związanych z konwersją zielonej energii. Otwiera również nowe możliwości dla projektowania i zastosowań funkcjonalnych materiałów zeolitowych w przyszłości.

Referencje:

• Przełomowy nowy zeolit molekularny, który skuteczniej przekształca ciężki olej w wysokowartościowe paliwo.
• Breakthrough New Material Transforms Heavy Oil Into High-Value Fuels
• Peng Lu, Jiaoyan Xu, Yiqing Sun, Rémy Guillet-Nicolas, Tom Willhammar, Mohammad Fahda, Eddy Dib, Bo Wang, Zhengxing Qin, Hongyi Xu, Jung Cho, Zhaopeng Liu, Haijun Yu, Xiaobo Yang, Qiaolin Lang, Svetlana Mintova, Xiaodong Zou & Valentin Valtchev.(2024) A stable zeolite with atomically ordered and interconnected mesopore channel, Nature, 636, 368–373. DOI: 10.1038/s41586-024-08206-1

Źródło pierwszego zdjęcia: Czasopismo „Nature”

W dziedzinie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie, możemy dostosować proporcje zgodnie z potrzebami obróbki, aby osiągnąć najwyższą wydajność.

skontaktuj się z nami, a nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.

Jeśli potrzebujesz wyceny lub zamówienia, również zapraszamy do kontaktu.

Godziny obsługi klienta: od poniedziałku do piątku 09:00-18:00

Numer kontaktowy：07 223 1058

Jeśli masz jakieś pytania lub potrzebujesz więcej informacji, zapraszamy do kontaktu przez Facebooka.

Nasza strona na FB：https://www.facebook.com/honwaygroup

Być może zainteresują cię artykuły …