Прорывной новый цеолит ZMQ-1 преобразует тяжелую нефть в высококачественное топливо

Недавно исследовательская группа из Института биоэнергетики и биотехнологий Циндао (QIBEBT) Китайской академии наук разработала революционный алюмосиликатный цеолит ZMQ-1, который успешно преодолел ограничения традиционных цеолитов с точки зрения размера пор, стабильности и каталитической эффективности при работе с крупными молекулами, что обеспечило значительный прогресс в каталитических процессах нефтехимической промышленности. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature и свидетельствуют о том, что ZMQ-1 является первым алюмосиликатным цеолитом с внутренне взаимосвязанной 28-кольцевой мезопористой структурой.

Инновационная структура и дизайн ZMQ-1

Цеолит — алюмосиликатный минерал с водокаркасной структурой. Это кристаллический материал с микропористой структурой, способный поглощать или фильтровать молекулы других веществ. Поэтому его также называют «молекулярным ситом». Он широко используется в областях ионного обмена, адсорбции и катализа. В повседневной жизни его можно использовать в качестве адсорбента и осушителя, катализатора или сокатализатора, моющего средства, строительного материала и т. д. Однако размер пор обычных цеолитов составляет менее 2 нанометров, что ограничивает их применение при обработке более крупных молекул.

В прошлом исследователи пытались ввести мезопоры (2–50 нанометров) или макропоры (>50 нанометров) с помощью методов последующей обработки, таких как кислотно-щелочное травление, для получения молекулярных ситовых материалов с «многоуровневыми порами» или «иерархическими порами» с составом микропор, мезопор и макропор. Однако эти впоследствии введенные поры обычно имеют неравномерные размеры, что приводит к снижению кристалличности, структурной стабильности и кислотной силы молекулярного сита, что затрудняет его применение в промышленных целях.

ZMQ-1 преодолел это узкое место и обладает уникальной системой каналов между мезопорами, состоящей из 28×10×10-членных колец. Размер пор его 28-кольцевой мезопоры достигает 22,32×11,84 ангстрем, входя в диапазон мезопор. Исследовательская группа использовала методы трехмерной электронной дифракции (3D ED) и сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (СТЭМ) для анализа структуры ZMQ-1. Результаты показали, что его 28-кольцевые мезопоры соединены между собой через 10-кольцевые микропоровые окна, образуя эффективную систему каналов, позволяющую как крупным, так и мелким молекулам плавно диффундировать, тем самым решая проблему ограничения диффузии, присущую традиционным цеолитам.

Стратегия синтеза и улучшение стабильности

Успешный синтез ZMQ-1 приписывается органическому структурообразующему агенту (OSDA) на основе фосфора. По сравнению с традиционными OSDA на основе аммония, OSDA на основе фосфора имеет более сильный положительный заряд и более высокую стабильность, что может способствовать формированию стабильных мезопористых каркасов. Кроме того, кристаллизация ZMQ-1 достигается посредством гидротермального синтеза с регулируемым соотношением кремния и алюминия (Si/Al), что позволяет настраивать его для конкретных областей применения.

Профессор Лу Пэн сказал: «ZMQ-1 — первый алюмосиликатный цеолит с собственной мезопористой канальной системой. В отличие от предыдущих мезопористых материалов, структуры которых легко повреждаются после удаления органических шаблонов, 28-кольцевые взаимосвязанные каналы ZMQ-1 представляют собой крупный прорыв в дизайне цеолитов».

Преимущества ZMQ-1 в каталитических применениях

Традиционные цеолиты не позволяют эффективно обрабатывать крупные молекулы во время каталитического крекинга тяжелой нефти из-за ограничений, связанных с микропорами, в то время как ZMQ-1 демонстрирует превосходные каталитические характеристики. По сравнению с коммерческими цеолитными катализаторами фосфорсодержащий цеолит ZMQ-1 демонстрирует более высокую селективность к легким топливам (таким как бензин и дизельное топливо) в реакции каталитического крекинга тяжелой нефти и производит меньше побочных продуктов, таких как кокс, сжиженный нефтяной газ и сухой газ.

Кроме того, ZMQ-1 обладает более высокой термической и гидротермической стабильностью, что гарантирует сохранение его эксплуатационных характеристик в суровых промышленных условиях. Эта уникальная мезопористая структура и стабильные химические свойства обеспечивают ему большой потенциал применения в областях каталитической конверсии молекул большого размера, адсорбционного разделения и т. д.

заключение

Будучи новым типом алюмосиликатного цеолита, ZMQ-1 имеет внутреннюю мезопористую канальную структуру, которая успешно решает проблему ограничения размера пор традиционных цеолитов и демонстрирует превосходные каталитические и стабильные свойства. Этот технологический прорыв не только будет способствовать развитию каталитических процессов в нефтехимической промышленности, но и создаст новые возможности для применения крекинга тяжелой нефти и преобразования зеленой энергии, а также откроет новые возможности для разработки и применения функциональных цеолитных материалов в будущем.

Литературы

• Новые цеолитовые молекулярные сита более эффективно преобразуют тяжелую нефть в высококачественное топливо
• 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

Источник первого изображения: журнал Nature.

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…