原创 一种突破性新材料可以将重油转化为高价值燃料
ZMQ-1是一种新型的铝硅酸盐分子筛，具有相互连接的中微孔通道，通过提高稳定性和催化效率来解决传统分子筛的局限性。
研究人员开发了一种开创性的铝硅酸盐沸石ZMQ-1，其设计具有独特的交叉介微孔通道系统。这一创新有望显著改善石化行业的催化过程。
该研究发表在《自然》杂志上，提出ZMQ-1是第一种具有相互连接的内在28环介孔的铝硅酸盐沸石。这一突破解决了沸石设计中长期存在的挑战，包括孔径、稳定性和催化效率方面的局限性。
ZMQ-1的设计
沸石是一种晶体材料，因其在离子交换、吸附和催化方面的应用而闻名。然而，它们的微孔结构限制了它们在处理较大分子中的应用。研究人员通过开发一种具有内在介孔（孔径大于20Å）的沸石来解决这一局限性，同时保持稳定性和酸性。
之前制造介孔沸石的尝试面临着结构不稳定和酸度降低等挑战，这使得它们不适合工业应用。然而，新开发的ZMQ-1已经显示出解决这些问题的潜力。
研究人员使用了一种基于磷的有机结构导向剂（OSDA），它有助于形成介孔框架。与传统的氨基OSDA相比，这种磷基OSDA具有更强的正电荷和更大的稳定性，可以合成稳定的介孔结构。ZMQ-1的结晶是通过水热合成实现的，具有可调的硅铝比（Si/Al），允许在特定应用中定制。
“ZMQ-1是第一个具有固有介微孔通道系统的铝硅酸盐沸石，”中国科学院青岛生物能源与生物过程技术研究所（QIBEBT）的共同通讯作者吕鹏教授说。“与之前报道的在去除有机模板后往往缺乏结构稳定性的介孔材料不同，ZMQ-1中相互连接的28环通道标志着沸石设计的重大进步。”
利用三维电子衍射（3D ED）和扫描透射电镜（STEM）对ZMQ-1的独特结构进行了分析。分析表明，28环介孔由10环微孔窗相互连接，形成了一个高效的通道系统。这种设计使大分子和小分子都能扩散，解决了传统沸石的扩散限制。因此，ZMQ-1对重油的催化裂化特别有效。
催化裂化性能
为了评估ZMQ-1的性能，研究人员对石油炼制的重要原料 —— 真空汽油（VGO）进行了催化裂化实验。结果表明，ZMQ-1获得了与USY和Beta沸石相当的高VGO转化率。在转化率和稳定性方面均明显优于MCM-41介孔分子筛。
值得注意的是，含磷ZMQ-1在柴油生产方面的选择性是其商业同类产品的两倍，并显著减少了焦炭的形成。较高的柴油产率和较低的焦炭生成量的结合导致了令人印象深刻的整体燃料选择性（汽油和柴油的组合）达到80%，与传统沸石相比有了显著的改进。
这些结果突出了含磷ZMQ-1有效地将重碳氢化合物转化为有价值的燃料的能力，利用其独特的介微孔结构，最大限度地提高目标产品的产量，同时最大限度地减少不良副产物。
凭借其在催化应用方面的潜力，ZMQ-1在开发更高效和可持续的化学工艺方面取得了突破。通过克服沸石研究中持续存在的挑战，如孔径限制和结构稳定性，ZMQ-1为重油裂解和绿色能源转化的应用创造了新的机会。
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