碱处理方法合成多级孔分子筛的进展与挑战

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-000

无机盐工业 ›› 2023, Vol. 55 ›› Issue (6): 36-42.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2022-000

碱处理方法合成多级孔分子筛的进展与挑战

洪美花¹(), 郭子峰¹, 刘冠锋¹(), 臧甲忠¹(), 杨科玉²^,³, 虞永华²^,³, 张大治², 黄声骏²()

1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131
2.中国科学院大连化学物理研究所，辽宁大连 116023
3.中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2022-09-27 出版日期:2023-06-10 发布日期:2023-06-14
通讯作者: 刘冠锋，高级工程师，主要从事分子筛、硅胶等材料及催化剂方面的研究和生产；E-mail：liugf7@cnoooc.com.cn。
臧甲忠，教授级高工，主要从事分子筛合成、石油炼制与化工、吸附分离方面的研究开发工作；E-mail：zangjzh2@cnooc.com.cn。
黄声骏，研究员，主要从事多级孔分子筛合成及其催化应用方面的研究；E-mail：huangsj@dicp.ac.cn。
作者简介:洪美花（1989— ），女，硕士，工程师，主要研究方向为分子筛及介孔二氧化硅材料研发；E-mail：hmh20061114@126.com。
基金资助:
洁净能源创新研究院中海油联合研发中心2020年度重点科技项目;大连市科技创新基金项目(2020JJ25CY007)

Progress and challenges of alkaline treatment for synthesis of hierarchical zeolites

HONG Meihua¹(), GUO Zifeng¹, LIU Guanfeng¹(), ZANG Jiazhong¹(), YANG Keyu²^,³, YU Yonghua²^,³, ZHANG Dazhi², HUANG Shengjun²()

1. CenerTech Tianjin Chemical Research and Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300131，China
2. Dalian Institute of Chemical Sciences，CAS，Dalian 116023，China
3. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2022-09-27 Published:2023-06-10 Online:2023-06-14

摘要/Abstract

摘要：

分子筛是在能源与化工产业中发挥着广泛作用的基础性功能材料，其微孔尺度的孔道结构在赋予其独特性质的同时也限制了其潜力的充分发挥。多级孔分子筛兼具微孔-介孔结构既具有良好的水热稳定性和强酸性，也具备良好的可接触性与扩散性，因其综合了微孔分子筛和介孔材料的优点而得到广泛的研究。由于以碱性介质刻蚀处理合成多级孔分子筛的方法操作简单、成本较低，因而具有工业应用的优势。通过对多级孔分子筛合成方法进行概述，结合国内外研究进展，详细论述了碱处理方法的发展进程、碱处理过程中微结构尺度的机理研究进展以及碱处理方法策略上的拓展，结合研究现状，分析了碱处理研究与应用上所面临的挑战，最后对碱处理的发展进行总结与展望。

关键词: 多级孔, 分子筛, 成孔机制, 骨架铝, 非骨架铝

Abstract:

Zeolites play essential and wide roles in chemical and energy industries.The microporous zeolites are gifted with versatile unique capabilities owing to their well-defined micropores and channel structure，which however impose limitations on the utilization of their full potentials.The hierarchical zeolites，bearing microporosity and mesoporosity，not only hold good intrinsic hydrothermal stability and strong acidity，but also acquire the good accessibility and diffusion capability.Therefore，hierarchical zeolites receive extensive investigations owing to such combination of microporous zeolites and mesoporous materials.The alkaline treatment or etching treatment in alkaline media is the exemplary method for synthesis of hierarchical zeolites，due to its simplicity in operations and cost-efficient in large-scale applications.By summarizing the synthesis methods of hierarchical zeolites and combining with the research progress at home and abroad，the development process of alkali treatment methods，the mechanism research progress of microstructure scale in alkali treatment process，and the expansion of alkali treatment methods and strategies were discussed in detail.Based on the current research status，the challenges faced in alkali treatment research and application were analyzed.Finally，the development of alkali treatment was summarized and prospected.

Key words: hierarchical porosity, zeolite, mesopore-formation mechanism, framework Al, extra-framework Al

中图分类号:

TQ127.2

洪美花, 郭子峰, 刘冠锋, 臧甲忠, 杨科玉, 虞永华, 张大治, 黄声骏. 碱处理方法合成多级孔分子筛的进展与挑战[J]. 无机盐工业, 2023, 55(6): 36-42.

HONG Meihua, GUO Zifeng, LIU Guanfeng, ZANG Jiazhong, YANG Keyu, YU Yonghua, ZHANG Dazhi, HUANG Shengjun. Progress and challenges of alkaline treatment for synthesis of hierarchical zeolites[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(6): 36-42.

图/表 6

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参考文献 42

1	DE JONG K P， ZEČEVIĆ J， FRIEDRICH H，et al.Zeolite Y crystals with trimodal porosity as ideal hydrocracking catalysts［J］.Angewandte Chemie，2010，122（52）：10272-10276.
2	VERBOEKEND D， THOMAS K， MILINA M，et al.Towards more efficient monodimensional zeolitecatalysts：n-alkane hydro-isomerisation on hierarchical ZSM-22［J］.Catalysis Science & Technology，2011，1（8）：1331-1335.
3	MILINA M， MITCHELL S， TRINIDAD Z D，et al.Decoupling porosity and compositional effects on desilicated ZSM-5 zeolites for optimal alkylation performance［J］.Catalysis Science & Technology，2012，2（4）：759-766.
4	NI Youming， SUN Aiming， WU Xiaoling，et al.The preparation of nano-sized H［Zn，Al］ZSM-5 zeolite and its application in the aromatization of methanol［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2011，143（2/3）：435-442.
5	ILIAS S， BHAN A.Mechanism of the catalytic conversion of methanol to hydrocarbons［J］.ACS Catalysis，2013，3（1）：18-31.
6	李文林，郑金玉，罗一斌，等.多级孔分子筛制备方法、机理和应用研究进展［J］.石油学报：石油加工，2016，32（6）：1273-1286.
	LI Wenlin， ZHENG Jinyu， LUO Yibin，et al.Recent advances in preparation，mechanism and application of hierarchical zeolite［J］.Acta Petrolei Sinica：Petroleum Processing Section，2016，32（6）：1273-1286.
7	王日升，彭鹏，李婷婷，等.多级孔沸石分子筛的制备及其催化应用研究进展［J］.化工进展，2021，40（4）：1849-1858.
	WANG Risheng， PENG Peng， LI Tingting，et al.Synthesis and application of hierarchical zeolite materials［J］.Chemical Industry and Engineering Progress，2021，40（4）：1849-1858.
8	JIA Xicheng， KHAN W， WU Zhijie，et al.Modern synthesis strategies for hierarchical zeolites：Bottom-up versus top-down strategies［J］.Advanced Powder Technology，2019，30（3）：467-484.
9	CHEN Lihua， SUN Minghui， WANG Zhao，et al.Hierarchically structured zeolites：From design to application［J］.Chemical Reviews，2020，120（20）：11194-11294.
10	SONG Yue， BAI Risheng， ZOU Yongcun，et al.Temperature-regulated construction of hierarchical titanosilicate zeolites［J］.Inorganic Chemistry Frontiers，2020，7（9）：1872-1879.
11	PAN Meng， ZHENG Jiajun， Yang OU，et al.A facile approach for construction of hierarchical zeolites via kinetics［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2021，316.Doi：10.1016/j.micromeso.2021.110983.
12	KRESGE C T， LEONOWICZ M E， ROTH W J，et al.Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism［J］.Nature，1992，359（6397）：710-712.
13	CHOI M， NA K， KIM J，et al.Stable single-unit-cell nanosheets of zeolite MFI as active and long-lived catalysts［J］.Nature，2009， 461（7261）：246-249.
14	ZHU Jie， ZHU Yihan， ZHU Liangkui，et al.Highly mesoporous single-crystalline zeolite beta synthesized using a nonsurfactant cationic polymer as a dual-function template［J］.Journal of the American Chemical Society，2014，136（6）：2503-2510.
15	BAI Risheng， SONG Yue， LI Yi，et al.Creating hierarchical pores in zeolite catalysts［J］.Trends in Chemistry，2019，1（6）：601-611.
16	SUZUKI T， OKUHARA T.Change in pore structure of MFI zeolite by treatment with NaOH aqueous solution［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2001，43（1）：83-89.
17	GROEN J C， JANSEN J C， MOULIJN J A，et al.Optimal aluminum-assisted mesoporosity development in MFI zeolites by desilication［J］.The Journal of Physical Chemistry B，2004，108（35）：13062-13065.
18	KERR G T.Chemistry of crystalline aluminosilicates.VI.Preparation and properties of ultrastable hydrogen zeolite Y［J］.The Journal of Physical Chemistry，1969，73（8）：2780-2782.
19	ABELLÓ S， BONILLA A， PÉREZ-RAMÍREZ J.Mesoporous ZSM-5 zeolite catalysts prepared by desilication with organic hydroxides and comparison with NaOH leaching［J］.Applied Catalysis A：General，2009，364（1/2）：191-198.
20	ROBERGE D M， HAUSMANN H， HÃ LDERICH W F.Dealumination of zeolite beta by acid leaching：A new insight with two-dimensional multi-quantum and cross polarization ²⁷Al MASNMR［J］.Physical Chemistry Chemical Physics，2002，4（13）：3128-3135.
21	ARTHUR Y D.Hydrocarbon conversion process and catalyst comprising a crystalline alumino-silicate leached with sodium hydroxide：US3326797［P］.1967-06-20.
22	ROSBACK D H.Method for manufacturing an adsorbent useful for olefin separation：US，3878128［P］.1975-04-15.
23	ČIŽMEK A， SUBOTIĆ B， AIELLO R，et al.Dissolution of high-silica zeolites in alkaline solutions I.Dissolution of silicalite-1 and ZSM-5 with different aluminum content［J］.Microporous Materials，1995，4（2/3）：159-168.
24	ČIMEK A， SUBOTIĆ B， ŠMIT I，et al.Dissolution of high-silica zeolites in alkaline solutions Ⅱ.Dissolution of ‘activated’ silicalite-1 and ZSM-5 with different aluminum content［J］.Microporous Materials，1997，8（3/4）：159-169.
25	OGURA M， SHINOMIYA S Y， TATENO J，et al.Formation of uniform mesopores in ZSM-5 zeolite through treatment in alkaline solution［J］.Chemistry Letters，2000，29（8）：882-883.
26	GROEN J C， PEFFER L A A， MOULIJN J A，et al.Mesoporosity development in ZSM-5 zeolite upon optimized desilication conditions in alkaline medium［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2004，241（1/2/3）：53-58.
27	VERBOEKEND D， PÉREZ-RAMÍREZ J.Desilication mechanism revisited：Highly mesoporous all-silica zeolites enabled thro-ugh pore-directing agents［J］.Chemistry-A European Journal，2011，17（4）：1137-1147.
28	YU Lili， HUANG Shengjun， MIAO Shu，et al.A facile top-down protocol for postsynthesis modification of hierarchical aluminum-rich MFI zeolites［J］.Chemistry-A European Journal，2015，21（3）：1048-1054.
29	YANG Shitu， YU Chenxi， YU Lili，et al.Bridging dealumination and desilication for the synthesis of hierarchical MFI zeolites［J］.Angewandte Chemie，2017，129（41）：12727-12730.
30	GROEN J C， PEFFER L A A， MOULIJN J A，et al.Mechanism of hierarchical porosity development in MFI zeolites by desilication：The role of aluminium as a pore-directing agent［J］.Chemi- stry-A European Journal，2005，11（17）：4983-4994.
31	GROEN J C， BACH T， ZIESE U，et al.Creation of hollow zeolite architectures by controlled desilication of Al-zoned ZSM-5 crystals［J］.Journal of the American Chemical Society，2005，127（31）：10792-10793.
32	GROEN J C， MOULIJN J A， PÉREZ-RAMÍREZ J.Decoupling mesoporosity formation and acidity modification in ZSM-5 zeolites by sequential desilication-dealumination［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2005，87（2）：153-161.
33	刁振恒，王莅，刘国柱，等.级孔HZSM-5分子筛上超临界正十二烷催化裂解［J］.石油化工，2015，44（3）：287-292.
	DIAO Zhenheng， WANG Li， LIU Guozhu，et al.Catalytic cracking of supercritical n-dodecane over hierarchical HZSM-5 zeolites［J］.Petrochemical Technology，2015，44（3）：287-292.
34	WANG Darui， ZHANG Lin， CHEN Li，et al.Postsynthesis of mesoporous ZSM-5 zeolite by piperidine-assisted desilication and its superior catalytic properties in hydrocarbon cracking［J］.Journal of Materials Chemistry A，2015，3（7）：3511-3521.
35	CHAIHAD N， SITUMORANG Y A， ANNIWAER A，et al.Preparation of various hierarchical HZSM-5 based catalysts for in-situ fast upgrading of bio-oil［J］.Renewable Energy，2021，169：283- 292.
36	JIN Tao， ZHANG Donghong， PENG Jiebang，et al.Pretreatment of HZSM-5 with organic alkali and cobalt：Application in catalytic pyrolysis of lignin to produce monocyclic aromatic hydrocarbons［J］.Fuel Processing Technology，2022，233.Doi：10.1016/j.fuproc.2022.107308 .
37	YANG K， YAN S， SANG Y，et al.Construction of hierarchical ZSM-5 zeolites by chelating-alkaline medium［J］.Materials Today Sustainability，2021，13.Doi：10.1016/j.mtsust.2021.100070.
38	FANG Yuehua， YANG Fan， HE Xuan，et al.Dealumination and desilication for Al-rich HZSM-5 zeolite via steam-alkaline treatment and its application in methanol aromatization［J］.Frontiers of Chemical Science and Engineering，2019，13（3）：543-553.
39	PERON D V， ZHOLOBENKO V L， DE MELO J H S，et al.External surface phenomena in dealumination and desilication of large single crystals of ZSM-5 zeolite synthesized from a sustainable source［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2019，286：57-64.
40	ZHANG Rongxin， ZHONG Peinan， ARANDIYAN H，et al.Using ultrasound to improve the sequential post-synthesis modification method for making mesoporous Y zeolites［J］.Frontiers of Chemical Science and Engineering，2020，14（2）：275-287.
41	GARCÃA-MARTÃNEZ J， JOHNSON M， VALLA J，et al.Mesostructured zeolite Y-high hydrothermal stability and superior FCC catalytic performance［J］.Catalysis Science & Technology，2012，2（5）：987-994.
42	VERBOEKEND D， MILINA M， MITCHELL S，et al.Hierarchical zeolites by desilication：Occurrence and catalytic impact of recrystallization and restructuring［J］.Crystal Growth & Design，2013，13（11）：5025-5035.

[1]	狄璐, 王卫国, 陈珏先, 吴传淑. 过渡金属负载Silicalite-1分子筛的制备及其催化糠醛加氢性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 125-132.
[2]	赵闯, 陈自浩, 张博宇, 李犇, 靳凤英, 李滨, 孙振海, 郭春垒. 分子筛吸附剂对不同类型柴油吸附分离性能的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 80-85.
[3]	陈旭, 杨刚, 李海涛. 多级孔纳米SAPO-34分子筛制备及甲醇制烯烃性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 134-140.
[4]	严振, 邱兆富, 金锡标, 王远, 刘畅, 杨骥. 4A分子筛负载Ce和γ-Fe₂O₃去除水中Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 81-89.
[5]	熊晓云, 曹庚振, 杜学敏, 王久江, 胡清勋. 炭黑模板法制备大孔原位晶化型催化裂化催化剂[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 134-139.
[6]	周世奇, 王涛, 敬方梨, 罗仕忠. 硝酸镁改性碳分子筛分离氮气/甲烷的性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 75-80.
[7]	李超, 王丽萍, 戴崟, 高桂梅, 张云峰, 洪雨, 许立军, 崔永杰. 高硅渣碱熔水热合成13X分子筛及吸附铅铜锌离子研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 88-93.
[8]	赵红娟, 王久江, 刘宇航, 李宁, 曹庚振, 刘宏海. 异型晶种对NaY分子筛合成的影响[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 120-124.
[9]	宋万仓, 臧甲忠, 乔宾, 岳思宇, 洪鲁伟, 李晨. 钛硅分子筛催化1-戊烯环氧化固定床工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 126-133.
[10]	李森, 王进, 王莹莹, 蔡铭放. NaA分子筛的合成和改性及其在聚氨酯体系中的应用[J]. 无机盐工业, 2023, 55(10): 78-85.
[11]	把余德,周世奇,敬方梨,罗仕忠. 铁离子改性碳分子筛对氮气/甲烷分离性能的研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(1): 144-150.
[12]	季超,武鲁明,李滨,臧甲忠,于海斌. 甲醇制烯烃催化剂SAPO-34分子筛的改性研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(7): 1-9.
[13]	李滨,臧甲忠,于海斌,王欢,李立青,陈铁红. 空心鼓状多级孔钛硅氧化物的合成及氧化-吸附脱硫性能研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(7): 135-140.
[14]	芦静,陈治平,李建伟,瞿颖,周文武,杨志远,周安宁. 伊利石合成磷酸硅铝分子筛及其表征[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 144-150.
[15]	王银忠,秦冬玲,杨刚. 多级孔ZSM-5/SAPO-34复合分子筛制备及催化MTO性能研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(3): 119-124.

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