Реферат: Среди более 230 известных топологий синтезированных цеолитных структур и их натуральных аналогов одномерные цеолиты составляют особую группу с высокой конфигурационной селективностью в реакциях скелетной изомеризации углеводородов. На 2017 год подтверждено 64 цеолитные структуры, имеющие одномерную систему каналов. Но особенно большой научный и технологический интерес вызывают среднепористые цеолиты следующих структур: MTT (ZSM-23 и его аналоги), TON (ZSM-22), MRE (ZSM-48), EUO (EU-1), а также кремнийалюмофосфаты AEL (SAPO-11) и AFO (SAPO-41). Бифункциональные катализаторы на основе этих цеолитов (например, Pt/H-ZSM-23) проявляют высокую селективность в превращении н-алканов в 2-метил-разветвленный изомер. Одномерные цеолиты эффективно ведут также и другие важные реакции: изомеризации ксилолов, алкилирования толуола метанолом и этиленом, селективного диспропорционирования толуола в п-ксилол, скелетной изомеризации н-бутенов, конверсии метанола в этилен, селективного крекинга н-бутена с получением этилена и пропилена. Синтез одномерных структур, в основном, подчиняется закономерностям, установленным для других цеолитов; а в качестве структуру направляющих агентов (темплатов) используются азотсодержащие органические соединения: малые нейтральные амины, диамины, некоторые циклические амины, четвертичные аммониевые основания, алкилдиаммониевые и алкилтриаммониевые соли, а также соединения имидазолиевого ряда. Интересно, что среди указанного широкого круга соединений не встречается массивных и объемных молекул, а алкилдиаммониевые соединения имеют цепочечное и обязательно неразветвленное строение С3-С12. Об уникальной конфигурационной селективности одномерных цеолитов можно судить по характерному для них высокому значению индекса проницаемости (Constraint Indeх, CI). Например, для разных модификаций ZSM-23 он варьируется от 10 до 23. В ходе создания катализаторов на основе одномерных цеолитов особенно остро, по сравнению с многомерными системами, стоят проблемы, связанные с диффузией молекул в одномерных каналах. Это требует 1) создания иерархической пористости в цеолитном кристалле и 2) разработки метода синтеза цеолита, обладающего оптимальными морфологическими характеристиками. Специфика формирования кристалла цеолита в одномерных цеолитах приводит к получению кристаллов с высоким аспектным отношением (L/D), до 10 и выше. В докладе будут рассмотрены традиционные и некоторые новые подходы к синтезу одномерных цеолитов на примере цеолита структуры ZSM-23. Также в докладе будет уделено внимание взаимному влиянию структурных, текстурных и кислотных характеристик одномерных цеолитов, определяющих их каталитические свойства в различных реакциях. В последние годы сильно возросла исследовательская активность по получению и использованию в катализаторах цеолитов ZSM-23 и ZSM-22. Такое внимание обусловлено тем, что они оказались наиболее эффективными (среди других одномерных среднепористых цеолитов) ключевыми компонентами катализаторов для процесса гидроизодепарафинизации дизельного топлива (ДТ), позволяющем значительно улучшать низкотемпературные характеристики ДТ. В России проблема производства зимних видов топлив стоит особенно остро. Тем не менее, существующие процессы гидроизодепарафинизации ДТ основаны на использовании импортных катализаторов. При этом, если ранее в качестве кислотной составляющей выступали различные кремнийалюмофосфаты, например катализатор Шеврон (Chevron) ICR-404 (1% Pt/SAPO-11), то в катализаторах более поздних поколений применяются цеолиты структуры MTT (ZSM-23 или его мелкокристаллическая модификация SSZ-32). ZSM-23 является основой платину содержащих (около 0.3 масс. %) катализаторов фирм Сhevron (процесс ISODEWAXING) и ExxonMobil (процесс Mobil Isomerization Dewaxing). За рубежом цеолиты относятся к важным высокотехнологичным компонентам катализаторов для нефтяной и нефтехимической отрасли. Объем рынка синтетических цеолитов исчисляется несколькими млрд. долларов с темпом роста около 4 % в год. Не исключение и материалы со структурой типа МТТ и TON, которые представляют значительный промышленный интерес. Разработка отечественной экологически безопасной технологии производства цеолитов ZSM-23 и ZSM-22 и впоследствии создание на их основе эффективных катализаторов переработки углеводородного сырья - одна из приоритетных комплексных задач для исследователей в области цеолитной химии и технологии.

Библиографическая ссылка: Пирютко Л.В.
Одномерные цеолиты: свойства и перспективные катализаторы на их основе
8-ая Всероссийская цеолитная конференция "Цеолиты и мезопористые материалы: достижения и перспективы" 18-20 июн. 2018