阶梯结晶法合成纳米高硅ZSM-48催化剂及其在十二烷烃加氢异构化中的卓越性能

为解决传统ZSM-48分子筛酸密度低、结晶时间长等问题，研究人员通过阶梯结晶法成功制备了纳米堆叠高硅ZSM-48催化剂（Z-48-T2）。该催化剂具有0.6 μm的微小晶粒尺寸、优异扩散性能及83.8%的异构化选择性，显著提升了单甲基异构体产率（较传统ZSM-48提高21%），为费托合成油（F-T）的低温流动性改善提供了高效解决方案。

　　

论文解读

化石燃料作为工业和交通的主要能源，其燃烧排放加剧了全球变暖与环境问题。费托合成（F-T）技术生产的清洁油虽硫、氮含量低，但因富含长链正构烷烃（如n-dodecane），导致倾点高、低温流动性差，限制了其作为柴油或润滑油的应用。传统加氢异构化催化剂如ZSM-48虽具有一维十元环孔道（0.53 nm×0.56 nm）和优异异构选择性，但高硅铝比（Si/Al）导致酸密度不足，且合成过程耗时长、废液碱性强，制约其工业化应用。

为解决上述问题，山西某研究团队通过阶梯结晶法改良凝胶制备工艺，成功合成纳米堆叠高硅ZSM-48分子筛（Z-48-T2），并系统评价其在n-dodecane加氢异构化中的性能。研究采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氨程序升温脱附（NH₃-TPD）、氮气吸脱附及零长柱（ZLC）扩散测试等技术表征材料性质，结合催化反应实验揭示结构-性能关系。

研究结果

1. 基本特性分析：XRD证实阶梯结晶法合成的Z-48-T2为纯相ZSM-48，晶粒尺寸仅0.6 μm，较常规Z-48-C更小；NH₃-TPD显示其酸量更低，但强酸比例更高，有利于抑制裂解副反应。
2. 扩散与催化性能：ZLC测试表明Z-48-T2扩散性能最优，其异构化选择性达83.8%，单甲基异构体（如5-methylundecane）产率较传统ZSM-48提升21%，归因于纳米堆叠结构缩短了反应物扩散路径。
3. 反应机制：尽管酸密度降低，Z-48-T2的高效扩散特性促进了金属-酸位点协同作用，使反应中间体能快速异构化而非裂解，最终产物分布仍以单支链异构体为主。

结论与意义
该研究通过阶梯结晶法创新性地制备了高性能纳米ZSM-48催化剂，解决了高硅ZSM-48酸密度不足与扩散限制的难题。Z-48-T2在n-dodecane加氢异构化中展现出83.8%的异构烷烃收率，且单甲基异构体选择性显著提升，为F-T合成油的提质提供了高效环保的催化方案。此外，该方法避免了复杂模板剂的使用，缩短了合成周期，符合绿色化学理念。研究成果发表于《Fuel》，对推动清洁燃料催化剂设计具有重要指导价值。