محققان یک زئولیت آلومینوسیلیکات پیشگامانه به نام ZMQ-1 ساخته‌اند که حاوی کانال‌های متقاطع متمایز با ابعاد میکرو و نانومتری است. این نوآوری برای بهبود قابل توجه فرآیندهای کاتالیزوری در صنعت پتروشیمی مناسب است.
زئولیت نانوحفره‌ای ویژه برای تولید کاتالیست‌های نفتی ساخته شد
ZMQ-1، یک زئولیت آلومینوسیلیکات جدید با کانال‌های میکرو و نانومتخلخل به هم پیوسته است، که محدودیت‌های زئولیت‌های رایج را با افزایش پایداری و کارایی کاتالیزوری برطرف می‌کند.
نتایج این مطالعه که در نشریه Nature منتشر شده است. در این مقاله محققان ZMQ-1 را به عنوان اولین زئولیت آلومینوسیلیکات دارای مزوپورهای ۲۸ حلقه‌ای ذاتی به هم پیوسته معرفی کردند. این پروژه به چالش‌های طولانی مدت در طراحی زئولیت، از جمله محدودیت در اندازه منافذ، پایداری و کارایی کاتالیزوری پرداخته است.
زئولیت‌ها مواد کریستالی هستند که به دلیل کاربردهایشان در تبادل یونی، جذب مواد و ساخت کاتالیست شهرت دارند. با این حال، ساختار میکرو متخلخل آن‌ها استفاده از آن‌ها را در پردازش مولکول‌های بزرگتر محدود می‌کند. محققان این محدودیت را با ایجاد یک زئولیت با حفره‌هایی بزرگتر از ۲۰ آنگستروم برطرف کردند، در حالی که زئولت از ثبات و اسیدیته مناسبی برخوردار است.
تلاش‌های قبلی برای ایجاد زئولیت‌های مزو متخلخل با چالش‌هایی مانند ناپایداری ساختاری و کاهش اسیدیته مواجه بود که آن‌ها را برای کاربردهای صنعتی نامناسب می‌کرد. با این حال، ZMQ-1 جدید توسعه یافته پتانسیل برای رسیدگی به این مسائل را نشان داده است.
محققان از یک عامل هدایت‌کننده ساختار آلی مبتنی بر فسفونیوم (OSDA) استفاده کردند که در شکل‌گیری چارچوب این ماده نانوحفره‌ای مؤثر بود. در مقایسه با OSDAهای سنتی مبتنی بر آمونیوم، این OSDA مبتنی بر فسفونیوم دارای بار مثبت قوی‌تر و پایداری بیشتر است که سنتز ساختارهای مزوپور پایدار را ممکن می‌سازد. تبلور ZMQ-1 از طریق سنتز هیدروترمال با نسبت‌های قابل تنظیم سیلیکون به آلومینیوم (Si/Al) به دست آمد که امکان سفارشی‌سازی در کاربردهای خاص را فراهم می‌کرد.
پروفسور پنگ لو از مؤسسه بیوانرژی و فناوری فرآیندهای زیستی چینگدائو (QIBEBT) آکادمی علوم چین گفت: «ZMQ-1 اولین زئولیت آلومینوسیلیکات با سیستم کانالی ذاتی مزو-میکرو متخلخل است. برخلاف مواد مزوپور گزارش شده قبلی که اغلب پس از حذف قالب‌های آلی فاقد ثبات ساختاری بودند، کانال‌های ۲۸ حلقه‌ای به هم پیوسته در ZMQ-1 پیشرفت قابل توجهی در طراحی زئولیت نشان می‌دهند.»
این محصول نفوذ مولکول‌های بزرگ و کوچک را امکان‌پذیر می‌کند و محدودیت‌های نفوذ در زئولیت‌های رایج را برطرف می‌کند. در نتیجه، ZMQ-1 به ویژه برای فرآیندهای کاتالیزوری نفت سنگین موثر است. نتایج بررسی‌ها علمکرد مثبت این ساختار در فرآوری و پالایش نفت نشان می‌دهد.
