浙江大學(xué)的納米片沸石分子篩催化MTP反應(yīng)研究獲進(jìn)展

近日，浙江大學(xué)通過(guò)理論計(jì)算設(shè)計(jì)了一種吡啶基小分子模板劑，用該模板劑合成b軸厚度為10～20 nm的自支撐Pentasil納米片沸石分子篩SPP-Bu-DMPy。該分子篩具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，并在甲醇制丙烯(MTP)反應(yīng)中表現(xiàn)出高于常規(guī)ZSM-5的丙烯選擇性和更長(zhǎng)的壽命。相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》。

傳統(tǒng)沸石分子篩由于顆粒較大，反應(yīng)物分子與活性位點(diǎn)接觸和產(chǎn)物擴(kuò)散速度較低，不能充分發(fā)揮其催化效果，具有更短擴(kuò)散長(zhǎng)度的納米片沸石分子篩成為了研究熱點(diǎn)。Pentasil家族(MFI和MEL)納米顆粒由于分離和安全性問(wèn)題，其應(yīng)用受到限制。易于分離和安全性良好的納米片Pentasil沸石分子篩受到關(guān)注。

在理論計(jì)算指導(dǎo)下，該吡啶基模板劑成功合成了“紙牌屋”形貌的SPP-Bu-DMPy，且產(chǎn)物具有優(yōu)異的水熱穩(wěn)定性。

在常規(guī)商業(yè)化的H-ZSM-5催化劑作用下，MTP反應(yīng)3 h后，其丙烯選擇性為44%，乙烯選擇性為15%，催化劑壽命為47.5 h；而在H-SPP-Bu-DMPy作用下，反應(yīng)3 h后，丙烯選擇性為 48%，乙烯選擇性為19%，催化劑壽命為180 h。后者具有更高的丙烯和乙烯選擇性，且表現(xiàn)出更長(zhǎng)的催化反應(yīng)壽命。這是因?yàn)镠-SPP-Bu-DMPy具有更短的b軸納米片形貌，縮減了產(chǎn)物停留時(shí)間。將甲醇質(zhì)量空速由1 h-1提升至128 h-1后，在反應(yīng)10 min時(shí)，H-SPP-Bu-DMPy和H-C-ZSM-5上的甲醇轉(zhuǎn)化率分別為87%和75%。反應(yīng)20 min后，H-C-ZSM-5已經(jīng)失活，而H-SPP-Bu-DMPy則在反應(yīng)310 min時(shí)才會(huì)失活，表現(xiàn)出更低的失活速率和更好的穩(wěn)定性。

該研究中有機(jī)模板劑的設(shè)計(jì)理念可為其他納米片沸石分子篩或納米片“紙牌屋”形貌沸石分子篩提供借鑒。