Gracias a varias topologías cristalinas, composición química sintonizable, alta estabilidad (hidro) térmica, y acidez / basicidad superficial controlable, Las zeolitas se utilizan ampliamente en la refinación de petróleo. fabricación petroquímica, síntesis química fina, biomedicina, química ambiental, etc. Sin embargo, para muchas reacciones catalizadas por zeolita, los diámetros moleculares de las especies de reacción implicadas son a menudo mayores que las aberturas de los poros de las zeolitas. Esto conduce a una resistencia a la difusión no deseada entre la fase de masa y los centros activos del catalizador. reduciendo así significativamente la eficacia del catalizador.

Aliviar la resistencia a la difusión y mejorar la eficiencia del catalizador del catalizador a base de zeolita es siempre uno de los temas más preocupantes en la academia y la industria. En las últimas décadas, Las herramientas para integrar estructuras jerárquicas micro / mesoporosas en zeolitas para una mejor difusión y eficiencia del catalizador se han enriquecido enormemente.

Sin embargo, en los procesos de catálisis industrial reales, incluso si el componente zeolítico contiene una estructura jerárquicamente porosa, es solo uno de los componentes del catalizador industrial multicomponente. El catalizador industrial a base de zeolita es una estructura esencialmente jerárquica compuesta de componentes zeolíticos microporosos y no zeolíticos macroporosos. Cuando se integra la estructura jerárquicamente porosa, el catalizador también tiene una estructura jerárquica trimodal micro / meso / macroporosa. Obviamente, la estructura jerárquica de poros de los catalizadores industriales basados ​​en zeolitas existe en dos niveles:"dentro del componente zeolítico" y "entre los componentes del catalizador industrial".

En un nuevo artículo de revisión publicado en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos de la Universidad China del Petróleo en Qingdao, China (Peng Peng, Zi-Feng Yan), Compañía Nacional de Petróleo de China en Beijing, China (Xiong-Hou Gao), y el Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas (CNRS) en Caen, France (Svetlana Mintova) analizó el estado del arte en el diseño racional de estructuras jerárquicas micro / mesoporosas desde el punto de vista de la ingeniería de reacción catalítica.

Desde la perspectiva de la ingeniería de reacción catalítica, los indicadores cuantitativos para evaluar la eficiencia del catalizador son el factor de efectividad del catalizador (η) y el módulo de Thiele (φ). Si el sistema de catalizador experimenta una fuerte resistencia a la difusión (η <0,25), entonces η es el recíproco de φ, por lo que η aumentado significa φ disminuido. Basado en la definición de φ, La mejora de η se puede lograr aumentando el coeficiente de difusión efectivo (Deff) o acortando la ruta de difusión (L). Basado en esto, la estructura mesoporosa en zeolita jerárquica se puede dividir en tres tipos:(1) 'mesoporos funcionales' (aumentar el coeficiente de difusión efectivo, Deff); (2) 'mesoporos auxiliares' (acortar el camino de difusión, L); y (3) 'mesoporos integrados' (aumentan simultáneamente Deff y acortan L). Para materiales de zeolita jerárquicos, La excelente interconectividad de los poros puede garantizar una rápida difusión y desorción de los productos formados en los sitios activos de los microporos. evitando así la desactivación. Para una red de reacción en cascada como el craqueo catalítico fluido (FCC), La estructura jerárquicamente porosa bien diseñada puede garantizar la interconexión entre micro y mesoporos, lo cual es muy importante para el relé de reacción en el proceso FCC.

La zeolita con una estructura porosa jerárquica es solo uno de los componentes de los catalizadores industriales reales. Para cumplir con los requisitos de resistencia mecánica, estabilidad hidrotermal, resistencia al envenenamiento y la coquización en los procesos catalíticos industriales, Los catalizadores industriales necesitan agregar otros componentes no zeolíticos. Aunque el mecanismo de interacción entre los componentes del catalizador industrial no se comprende completamente, la coincidencia no ideal de las estructuras porosas entre los componentes zeolíticos y no zeolíticos puede provocar una reducción del rendimiento de los componentes de zeolita de poros jerárquicos. La coordinación de la interconectividad de los poros de las zeolitas jerárquicas y otros componentes no zeolíticos en los catalizadores industriales es un tema urgente que debe abordarse antes de las aplicaciones industriales de las zeolitas jerárquicas.

El objetivo final de la preparación de material jerárquicamente poroso es liberar completamente su potencial a escala industrial controlando la estructura jerárquica de poros. la ubicación y la interconectividad de los diferentes componentes que desempeñan un papel fundamental en la mejora de su eficiencia catalítica. Desarrollo de espectroscopios combinados in situ u operando, Las técnicas microscópicas o de difracción son la clave para desentrañar la relación estructura-actividad de las zeolitas jerárquicas como componente de los catalizadores industriales.