Đột Phá Zeolite ZMQ-1 Chuyển Đổi Dầu Nặng Thành Nhiên Liệu Giá Trị Cao

Recently, a research team from the Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) of the Chinese Academy of Sciences has developed a groundbreaking aluminosilicate zeolite, ZMQ-1. This new material successfully overcomes the limitations of traditional zeolites in processing large molecules, such as pore size constraints, stability issues, and catalytic efficiency. The breakthrough represents a major advancement in catalytic processes within the petrochemical industry. The research findings were published in Nature, highlighting that ZMQ-1 is the first aluminosilicate zeolite with an intrinsically interconnected 28-ring mesoporous structure.

Cấu Trúc và Thiết Kế Đột Phá của ZMQ-1

Zeolite là khoáng vật aluminosilicate kết tinh với cấu trúc vi xốp, có khả năng hấp thụ hoặc lọc các phân tử, giúp chúng được gọi là “rây phân tử.”
Zeolite có nhiều ứng dụng rộng rãi trong trao đổi ion, hấp phụ, và xúc tác. Trong đời sống hàng ngày, zeolite được sử dụng làm chất hấp phụ và chất hút ẩm, chất xúc tác hoặc đồng xúc tác, chất tẩy rửa, và vật liệu xây dựng. Tuy nhiên, zeolite truyền thống có các lỗ vi xốp nhỏ hơn 2 nanomet, điều này giới hạn khả năng xử lý hiệu quả các phân tử lớn của chúng.

Trước đây, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tạo ra các mesopore (2–50 nm) hoặc macropore (>>50 nm) trong zeolite thông qua các phương pháp xử lý sau như khắc axit hoặc kiềm.
Cách tiếp cận này tạo ra các rây phân tử với cấu trúc vi xốp đa cấp hoặc phân cấp, kết hợp giữa micropore, mesopore, và macropore. Tuy nhiên, các lỗ xốp được tạo ra nhân tạo này thường thiếu tính đồng nhất, dẫn đến giảm độ kết tinh, suy giảm tính ổn định cấu trúc, và giảm độ mạnh của axit, khiến chúng ít phù hợp hơn cho các ứng dụng công nghiệp.

ZMQ-1 vượt qua những thách thức này với hệ thống kênh liên kết vi xốp và trung xốp độc đáo, gồm các vòng 28×10×10 thành viên.
Các lỗ trung xốp 28 vòng của ZMQ-1 có kích thước 22.32×11.84 Å, nằm trong phạm vi trung xốp. Nhóm nghiên cứu đã phân tích cấu trúc của ZMQ-1 bằng phương pháp nhiễu xạ điện tử ba chiều (3D ED) và kính hiển vi truyền qua quét (STEM). Kết quả cho thấy các lỗ trung xốp 28 vòng được kết nối thông qua các cửa sổ vi xốp 10 vòng, tạo thành một hệ thống kênh hiệu quả. Cấu trúc này cho phép cả các phân tử lớn và nhỏ khuếch tán mượt mà, loại bỏ hiệu quả những hạn chế về khuếch tán mà zeolite truyền thống gặp phải.

Chiến Lược Tổng Hợp và Tăng Cường Độ Ổn Định

Quá trình tổng hợp thành công ZMQ-1 nhờ vào việc sử dụng chất định hướng cấu trúc hữu cơ (OSDA) dựa trên phốt pho.
So với các OSDA dựa trên ammonium thông thường, OSDA dựa trên phốt pho mang điện tích dương mạnh hơn và cung cấp độ ổn định cao hơn, thúc đẩy sự hình thành khung trung xốp ổn định. Ngoài ra, ZMQ-1 được kết tinh thông qua phương pháp tổng hợp thủy nhiệt với tỷ lệ Si/Al có thể điều chỉnh, cho phép tùy chỉnh cho các ứng dụng cụ thể.

Giáo sư Peng Lu phát biểu: “ZMQ-1 là zeolite aluminosilicate đầu tiên sở hữu hệ thống kênh liên kết vi xốp và trung xốp nội tại. Không giống như các vật liệu trung xốp thông thường, thường bị hư hại cấu trúc sau khi loại bỏ mẫu khuôn, các kênh liên kết 28 vòng của ZMQ-1 đánh dấu một bước đột phá quan trọng trong thiết kế zeolite.”

Ưu Điểm của ZMQ-1 Trong Các Ứng Dụng Xúc Tác

Trong quá trình cracking xúc tác dầu nặng, các zeolite truyền thống gặp khó khăn với các phân tử lớn do hạn chế của cấu trúc vi xốp.
Ngược lại, ZMQ-1 thể hiện hiệu suất xúc tác vượt trội. So với các chất xúc tác zeolite thương mại, ZMQ-1 chứa phốt pho có tính chọn lọc cao hơn đối với các nhiên liệu nhẹ (như xăng và dầu diesel) trong các phản ứng cracking xúc tác dầu nặng. Hơn nữa, nó giảm sản xuất các sản phẩm phụ không mong muốn, như cốc, khí hóa lỏng (LPG), và khí khô.

Hơn nữa, ZMQ-1 có tính ổn định nhiệt và thủy nhiệt được cải thiện, đảm bảo duy trì hiệu suất cao ngay cả trong các điều kiện công nghiệp khắc nghiệt.
Cấu trúc trung xốp độc đáo và các tính chất hóa học ổn định của nó khiến ZMQ-1 trở thành ứng viên đầy tiềm năng cho các ứng dụng trong chuyển đổi xúc tác phân tử lớn, quá trình hấp phụ-phân tách

Kết luận

ZMQ-1, một loại zeolite aluminosilicate mới, sở hữu cấu trúc kênh liên kết vi xốp và trung xốp nội tại, hiệu quả giải quyết các hạn chế về kích thước lỗ xốp của các zeolite truyền thống đồng thời thể hiện các tính chất xúc tác và ổn định vượt trội.
Phát kiến này không chỉ thúc đẩy các quy trình xúc tác trong ngành công nghiệp hóa dầu mà còn tạo ra cơ hội mới cho cracking dầu nặng và chuyển đổi năng lượng xanh. Ngoài ra, nó mở ra những khả năng mới trong thiết kế và ứng dụng các vật liệu zeolite chức năng thế hệ tiếp theo.

Tài liệu tham khảo:

• Breakthrough Zeolite Molecular Sieve Achieves More Efficient Heavy Oil Conversion into High-Value Fuels
• Vật Liệu Mới Đột Phá Chuyển Đổi Dầu Nặng Thành Nhiên Liệu Giá Trị Cao
• 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

Nguồn hình ảnh đầu tiên: Nature

Chúng tôi cung cấp các điều chỉnh tùy chỉnh cho quy trình nghiền, được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu xử lý nhằm đạt hiệu quả tối đa.

Hãy liên hệ với chúng tôi và sẽ có chuyên gia sẵn sàng giải đáp các câu hỏi của bạn.

Nếu bạn cần báo giá tùy chỉnh, bạn cũng được chào đón để liên hệ với chúng tôi.

Thời gian hỗ trợ khách hàng: Thứ Hai đến Thứ Sáu, 09:00~18:00 (GMT+8).

thoạiđiện thoại: +8867 223 1058

Nếu bạn có một chủ đề muốn tìm hiểu hoặc một cuộc gọi điện thoại không rõ ràng, bạn được hoan nghênh gửi tin nhắn riêng đến Facebook~~

Honway Facebook: https://www.facebook.com/honwaygroup

Bạn có thể quan tâm đến…