[發明專利]三維連通多級孔道結構沸石分子篩材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110219618.3
• 申請日: 2011-08-02
• 公開（公告）號: CN102390843A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 劉暢;鄧勇輝;趙東元
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B39/04
• 分類號: C01B39/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于介孔復合材料技術領域，具體涉及一種沸石分子篩材料及其制備方法。

背景技術

能源是人類社會存在和發展的物質基礎。對于一個國家而言，能源是國際關系中重要的戰略物資，在經濟發展中起著命脈作用。作為一種傳統能源，在過去的150多年中，石油資源對于人類生存和社會經濟的發展起到了重要作用。然而，隨著開采石油的開采，常規原油面臨枯竭。所幸的是，大自然還給人類留下另一個機會——重油。重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重質油，其特點是分子量大、粘度高。世界重油的資源量十分巨大，原始重油地質儲量約為8630億噸，若采收率為15%，重油可采儲量為1233億噸。因此重油可能構成21世紀中葉世界能源供給的一半以上。加強重油資源的有效開發和利用，是關系到全球石油工業可持續發展的重要舉措之一。當前，我國石油消費量已居世界第三，而國內石油產量的增長明顯滯后于需求的增長，預計至2020年，中國原油消費量將增加為3.8至4億噸，需要進口原油1.8至2億噸，進口依賴率將高達50％。在這種形勢下，如何有效利用現有的石油資源，成為迫切需要解決的重大問題。

重油輕質化是重油資源發揮作用的必由之路。催化裂化、加氫裂化等是重油深加工制備輕質汽柴油的重要加工過程。當前，微孔沸石材料由于其規則排列的微孔孔道和高度晶化的墻壁以及大量均勻分布的活性位點被廣泛應用于石油煉制和石油化工領域。然而，傳統微孔沸石催化劑的孔徑較小（<?1.0?nm）的缺點使得催化過程中分子擴散受到影響，尤其是分子量大的重油分子無法進入孔道，從而限制了催化反應的有效進行。因此，開發具有更大孔道的沸石材料引起了人們的重視。有序介孔材料如MCM-41、SBA-15等具有均一的、有序排列的介孔孔道（2?-?50?nm），其較大的孔道有利于重油分子和產物的擴散，但是由于介孔材料的無定型骨架導致其酸性非常低，同時其水熱穩定性也較差。這些缺點使得介孔材料在石油催化領域中的應用受到限制。因此，提高材料的水熱穩定性和酸度是介孔材料的研究熱點。通過在介孔材料的墻壁中摻入鋁可以產生催化活性位點，但材料的水熱穩定性降低。[Catal?Commun.?2004,?5,?441.，Microporous?Mesoporous?Mater.?1999,?27,?231]?隨著相關研究的深入，人們意識到，通過一定途徑將微孔沸石分子篩與介孔材料的優點組合形成的具有多級孔道的多孔材料有望解決上述問題。[Energy?Fuels.?2005,?19,?736,，J.?Mater.?Chem.?2007,?42,?320.]?如將沸石材料與介孔材料復合，[Microporous?Mater.?1996,?6,?287，Microporous?Mesoporous?Mater.?1999,?27,?181.]或在沸石晶體中造出介孔。[Microporous?Mesoporous?Mater.?2004,?69,?29.，J?Am?Chem?Soc.?2000,?122,?7116]?然而，通過簡單復合得到的材料中的沸石顆粒較大，反應物在具有活性位點的沸石微孔中的擴散路徑依然較長，不利于產物從微孔中順利擴散出來，甚至引起不必要的副反應，如FCC過程中的過度裂解。因此，為了充分利用沸石材料的良好吸附性能和催化活性，同時免受擴散局限，應該盡可能地縮短復合材料中沸石相孔道的長度，同時沸石孔道應該直接與周圍的介孔相連通，即滿足所謂的連續孔道概念（Pore?Continuum）。[Microporous?Mesoporous?Mater.?2003,?64,?165，?2005,?85,?176.]?因此，有必要設計雙孔即多級孔體系來增強沸石催化活性位點的可接近性，以提高催化效率。