韩国热稳定大孔硅酸铝分子筛研究获进展

韩国浦项科技大学研究团队通过使用“多重无机阳离子”“电荷密度失配”的合成策略，制备出两种具有3D大孔且热稳定的硅酸铝分子筛PST-32和PST-2。其中，PST-32具有SBT骨架结构，PST-2是具有SBS/SBT共生结构的无序材料。PST-32和PST-2的硅铝比较高，其结构与Y型沸石的超笼和宽孔窗相似，在催化裂化过程中表现出优异的热稳定性。相关研究成果发表于《科学》杂志。

流化催化裂化(FCC)和加氢裂化是目前石油炼制工业中最重要的原油二次加工过程，也是重油轻质化、增产低碳烯烃的核心工艺。目前，大多数商业FCC催化剂都是基于高硅铝比Y型沸石分子筛，其具有最易接近的微孔通道和高达50%的结构空隙空间，工业消耗量居全球固体催化剂首位，占全球催化剂市场的10%。Y型沸石具有3D大孔的FAU拓扑结构，由约0.74 nm圆形孔窗口与约1.15 nm3的球形超笼组成。然而，FAU孔道结构不利于高沸点物种分子的扩散。因此，开发具有更优活性和选择性的沸石分子筛，尤其是在苛刻条件下具有热稳定性和强酸性的大孔沸石势在必行。

该研究团队使用多种无机阳离子作为无机结构导向剂(ISDA)以及有机结构导向剂(OSDA)合成沸石分子筛，有助于引导沸石的形成并抵消因过渡金属取代或铝引入带来的负电荷。

研究者使用Na+和Cs+作为主要和次要的ISDA，以及N，N′-二甲基-1，4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷(Me2-DABCO)作为OSDA，通过多种无机阳离子法合成PST-32，得到一种热稳定的铝硅酸盐(硅铝比为4.0)结构的UCSB-10(SBT)。同时，使用四乙铵(TEA+)作为电荷密度失配的OSDA、Cs+作为100 ℃下狭窄结晶场的结晶ISDA，合成PST-2。

研究者通过对无机和有机结构导向剂的协同效应进行研究，发现可实现将具有多维通道系统的假设笼型沸石结构合成为成分稳定的物质。并进一步考察了两种大孔分子筛在600 ℃高温下柴油烃类裂解制轻质烯烃反应中的催化活性和稳定性，将其与经典分子筛H-β(硅铝比为12.5)和商业化沸石H-USY的柴油裂解催化性能对比。结果表明，在柴油转化率为37%～45%的条件下，PST-32上的轻质烯烃(乙烯和丙烯)产率高达21%，PST-2上的轻烯烃产率为18%，明显高于H-USY和H-β分子筛(均为13%)。此外，与H-USY不同，PST-32和PST-2即使在48 h-1的高质量空速催化反应下运行100 min，轻质烯烃产率也没有明显下降，说明其催化稳定性能更好。上述结果表明PST-32和PST-2在催化裂化领域将具有应用潜力。