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沸石分子筛催化剂的发展现状
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沸石分子筛催化剂的发展现状
摘要：
从工业催化的角度思考和表述了沸石分子筛催化剂合成、
催化及
应用，
综
述了国内外相关的最新研究进展，
探讨了分子筛催化剂未来的发展方向。
旨在引
发人们对分子
筛催化未来向经济、
可控、
高效催化、
绿色环保和新应用等方面发
展的思考与探索。
关键词：沸石分子筛催化剂、工业应用、未来发展
在我国的经济发展，
工业是国民经济
的重要组成部分
,
化学工业中
80%
以上
的过程涉及催化技术，<
/p>
尤其对于炼油与石化工业，
催化剂更是不可或缺，
其中分
子筛催化剂未来的发展方向又深切关系着工业的发展。
< br>目前，
分子筛催化剂在炼
油与化工工业得到了研究与应用
，
如催化裂化、
加氢裂化、
带支链芳烃
的烷基化、
异构脱蜡以及轻烯烃聚合等。
国内外已开发出一批有
发展前景的高功能化、
多功
能化、
精密
化的分子筛催化剂材料。
分子筛催化剂的合成方法主要有：
①水
热晶
化法；②非水体系合成法；③干胶转换法；④无溶剂干粉体系合成法；⑤微波辐
射合成法；
⑥蒸汽相体系合成法；
⑦多级孔
道沸石分子筛的合成；
⑧化学后处理
法；⑨硬模板法；⑩软模板
法
[1]
。
而沸石分子筛是其中重要一员。
沸石分子筛的工业催化应用始于上世纪
60
年代，
Mobil
公司首先发现并采用八面沸石替代无定形硅铝催化剂
,
应用于炼油
中催化裂化
(FCC)
过程
,
大大提高了汽油产量以及原油利用率。目前，
仅作为
FCC
催化剂一项，沸石分子筛催化剂的销售额
就占全球催化剂的
18.5%
。沸石
分
子筛具有确定的孔体系，
大的晶内比表面积和与硫酸或氯化铝
相当的酸性，
同时
具有分子筛分或择形作用以及可改性或易掺杂
等优点，
它们对许多工业催化反应
有高效促进作用。在各种酸性
催化剂高性能中，反应了它的催化潜力。此外，还
有其他类型的高效分子筛催化剂。
1
、
沸石分子筛结构
沸石分子筛是一族结晶性硅铝酸盐的总称。沸石最基本的结构
是由
(SiO4)
四
面体和
(AlO4)
四面体。相邻的四面体由氧桥连结成环，环有大有小，按成环
的氧
原子数划分，有四元氧环，五元氧环，六元氧环，八元氧环，十元氧环和十二元
氧环；
环是分子筛的通道孔口，
对通过的分
子筛起筛分作用。
氧环通过氧桥相互
连结，
形成具有三维空间的多面体。
多面体有中空的笼，
笼是分子
筛结构的重要
特征。
空洞中含有结晶水和阳离子，
这些阳离子用来中和
(AlO4)
四面体的负电荷，
利用加热或减压的办法，
可以比较容易地脱除一部分或全部结晶
水。
不同结构的
笼再通过氧桥互相连接形成各种不同结构的分子
筛。
基础研究工作发现，
Al
中
心原子可被三价的原子，如
B
、
FeCr
、
Sb
、
As
和
Ga
等取代；而
Si
中心原子也
可被四价的原子，如
Ge
、
Ti
、
Zr
和
Hf
或
P
等取代。因此，可以合成磷酸铝
分子筛、硅磷酸铝
(SAPO
分子筛
)
以及
钛硅分子筛。另外，分子筛特别适合用作
金属或稀土金属的载体材料，可以合成双功能或
三功能的杂原子分子筛。
根据
晶型和
组成硅铝比的不同，把分子筛分为
A
型沸石类、八面沸石类、丝光沸石
类、
菱沸石类、
ZSM
、
pentansil
等类型；
而根据孔径的大小又分为超大孔、
大孔、
中孔、介孔、微孔分子筛；
根据孔道结构可分为
10
元环和
12
元环具有二维
或三维体系三、四元环、手型孔道结构等分子筛。
2
、
沸石分子筛催化剂的合成
在工业应用
中，
对于沸石分子筛的合成而言，
其具有很好的效果，
在有机离
子的作用下，对沸石分子筛进行催化作用
，进行直接合成，如丝光沸石，还有
一些沸石需要在有机胺
的作用才能合成，如
p
沸石等，但
是从总体上来讲
,
经过
催化作用所合成
的沸石产品，无论是在晶粒大小上，还是在结晶度上
,
或者是在
硅铝等各个方面
,
< br>其质量比较容易控制
,
但是存
在的一个缺点就是在合成蛙
,
所用
成本
较高，
尤其对于当下的一些新发现的分子筛，
与之前的分子筛相
比，
甚至于
说是昂贵，并且还需要通过导向合成，为此，导致工
业成本增加。因此，对于沸
石分子筛的经济效果的研究就成为各国科学家所研究的重点，
需要突破成本高的
问题
，采用廉价的材料
,
结合相应
的导向剂，使得分子筛合成
,
目前
,
应用比较普
遍的两种方法是无胺合成
法和有机胺替代法。
首先，
无胺合成
法。
这种方法主要是建立在经济理论的基础之上，
不仅生产
方便，而且成本较低，一般情况下，其都是用廉价的材料来完成即可，不需要结
构导向剂的作用
。在合成时，需要加入晶种，这样
做的主要目的就是为了有效
地减少有机结构导向剂的用量，同时，这也是很多人关注的一
个重要课题
。在
前期，
我国的一些研究人员也曾发现了一些新的进展，
如在合成体系中，
加强凝
胶导向剂或者是分子筛晶种，
促进无胺体系
中分子筛的生长，
进而来达到合成果。