ZSM-48分子筛是由美国Mobil公司于上世纪80年代初研发的高硅材料,其具有十元环孔开口和一维线性直通道,孔口直径为5.6 × 5.6Å。独特的一维管状通道使ZSM-48分子筛在长链烷烃加氢异构领域展现出优异的异构选择性。梁长海教授团队以往的研究(Microporous Mesoporous Mater. 2020, 309: 110565.Microporous Mesoporous Mater. 2022, 330: 111637)已经高效地合成硅铝比低于100的ZSM-48分子筛,解决了高硅ZSM-48分子筛在酸性催化反应过程中酸量不足的问题。但是晶粒尺寸约4 μm的ZSM-48分子筛存在扩散直通道较长、晶粒内部酸性位点无法有效接触等难题。因此该研究团队为了解决上述问题,采用可控的改性处理策略在ZSM-48微孔分子筛中构建了介孔结构,并显著提高了其酸性位点的暴露,最终具有介微孔梯级结构的Pt/ZSM-48催化剂在正十六烷加氢异构反应中展现了优异的催化性能,异构总收率约86wt%,此时转化率为90 wt%、异构选择性高达96wt%。截止目前,与以往见刊的ZSM-48分子筛催化剂相比,该研究工作所展示的Pt/ZSM-48催化剂的加氢异构性能非常出色。
高性能加氢异构催化剂设计策略:(1)丰富介孔结构;(2)促进酸性位点接近性
四种分步处理策略可以在保留ZSM-48分子筛微孔性和结晶度的同时,实现介孔结构的构建以及酸性位点接近性的促进。经过刻蚀改性处理之后,ZSM-48晶体表面形成缺陷位点或者空隙,这种空隙会暴露晶体内部隐藏的酸性中心,同时这些空隙也会作为加氢异构的孔口反应位点,可以吸附长链烷烃分子并将其碳链接触到晶体内部的酸性位点。刻蚀处理过程中形成的结构缺陷或者空隙是暴露更多酸性位点的必要条件,同时酸性位点的暴露还可以促进双功能催化剂中金属位点-酸性位点的亲近性(Metal-acid intimacy)。
酸性位点可接近性及介微孔梯级结构催化剂构建示意图
加氢异构可以将低阶蜡油转化为具有优异冷流性质的异构馏分,广泛地应用于喷气燃料和润滑油基础油的提质过程。该研究为研发高性能加氢异构催化剂提供了一种可行的方案,同时也极大地推动了ZSM-48分子筛在加氢异构领域的应用进程。
以上研究成果已发表于Fuel (IF = 6.609,Top),题目为:Excellent catalytic performance over hierarchical ZSM-48 zeolite: Cooperative effects of enhanced mesoporosity and highly-accessible acidity,第一作者为孟记朋博士生,通讯作者为梁长海教授。研究工作得到了辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1908033)、中央高校基本科研专项资金(DUT2021TB03)、国家自然科学基金(22038008)、辽宁省自然科学基金(2021-MS-125)的资助。
文章链接:https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124589