中国科学院大连化学物理研究所在分子筛表面传质研究中取得进展

近日，中国科学院大连化学物理研究所在分子筛表面传质研究中取得进展，通过控制SAPO-34分子筛的表面阻力，实现对甲醇制烯烃(MTO)反应催化寿命以及低碳烯烃选择性的调控。相关研究成果发表于《德国应用化学》杂志。

分子筛因其择形选择性被应用于多相催化与气体分离等领域。研究表明，分子筛晶体内部扩散阻力和表面阻力是客体分子传质阻力的两个重要来源。目前，分子筛的传质研究多聚焦于晶体内部的自扩散，而客体分子的表面扩散行为常被忽略。表面阻力与晶体表面特征相关，很多过程中客体分子表面阻力被认为是分子筛传质的主导因素。但是，定量描述分子筛表面传质阻力对催化反应的影响，以及通过直接控制表面阻力调控分子筛催化性能，仍是催化反应工程研究的挑战。

该研究团队利用化学液相沉积法与酸蚀技术修饰SAPO-34分子筛的晶体外表面。研究者根据前期提出的表面渗透率公式，直接测定修饰前后的分子筛的表面渗透率，定量得到分子筛的表面传质阻力。采用该方法修饰分子筛外表面的过程中，分子筛形貌、内部孔道结构、酸性质与晶内扩散性质几乎不变。

研究发现，控制相关客体分子在分子筛晶体上的表面传质能力，降低其表面阻力，有助于加快客体分子进出分子筛晶体，最终延长分子筛寿命，提高低碳烯烃选择性。该研究通过定量改变表面阻力来控制MTO催化反应的性能，揭示表面阻力在分子筛催化中的重要作用，展示出控制反应和扩散这一对介尺度作用机制可直接调控分子筛催化反应性能的新思路。