晶格缺陷导向的富铝多级孔ZSM-5分子筛常规碱处理制备策略及其扩散增强机制

针对传统碱处理法难以制备低硅铝比(Si/Al<20)多级孔分子筛的难题，研究人员创新性利用晶格缺陷作为介孔导向剂，通过常规NaOH溶液处理成功构建了Si/Al≈10的富铝多级孔ZSM-5。该材料介孔体积提升3.7倍，在1,3,5-三异丙苯催化裂化中表现出优异扩散性能，为工业低成本制备高酸性多级孔分子筛提供了新思路。

　　

在石油化工领域，分子筛如同微观世界的"分子筛子"，其规整的微孔结构赋予其卓越的择形催化能力。然而当遇到大分子反应物时，这些直径仅0.5-1.2纳米的微孔通道却成了制约催化效率的"瓶颈"。特别是富含铝活性中心的低硅铝比(Si/Al)分子筛，虽然酸性更强，但传统碱处理法却难以在其骨架中构建介孔——这个困扰学界十余年的难题，如今被中国研究人员通过"缺陷工程"巧妙破解。

安徽清洁能源材料与化学重点实验室团队在《Microporous and Mesoporous Materials》发表的研究中，创新性地将晶格缺陷转化为介孔"雕刻刀"。通过精确调控合成凝胶中Na₂
O含量（x=0.7-3.0），在富铝ZSM-5(Si/Al≈10)中植入可控缺陷，随后用常规NaOH溶液处理使缺陷优先溶解，形成相互贯通的开放介孔通道。这种"以缺陷为向导"的策略，既保留了传统碱处理成本低廉、操作简便的优势，又突破了骨架Si/Al比必须大于25的技术壁垒。

研究采用多尺度表征技术联用策略：X射线衍射(XRD)确认晶体结构完整性，交叉偏振魔角旋转核磁共振(MAS NMR)定量缺陷密度，氮气吸脱附测试揭示介孔体积提升达3.7倍，原位红外(in-situ IR)追踪羟基巢缺陷的演变过程。特别值得注意的是，NH₃
-程序升温脱附(NH₃
-TPD)显示酸量保持率达90%以上，透射电镜(TEM)三维重构证实了介孔网络的连通性。

【Synthesis of parent Al-rich ZSM-5 zeolites】
通过调节Na₂
O/SiO₂
比(0.7-3.0)在晶化过程中引入梯度缺陷密度。当x=3.0时出现丝光沸石(MOR)杂相，而x=0.7导致结晶不完全，证实碱度调控对缺陷形成的双刃剑效应。

【Conclusion】
该研究建立了"缺陷密度-介孔形成效率"的定量关系，证明每100nm³
晶体中存在≥15个羟基巢缺陷时，碱处理可产生>20m²
/g的外表面积。在1,3,5-三异丙苯裂化反应中，产物扩散速率提升210%，催化剂寿命延长3倍。

这项研究的意义在于：首次阐明缺陷在介孔形成中的"自牺牲模板"作用，开发出无需氟化物、有机模板或复杂预处理的绿色制备路线。所获富铝多级孔ZSM-5兼具高酸密度和优异传质性能，为重油催化裂化、生物质转化等工业过程提供了理想催化剂设计范式。研究提出的"缺陷导向"普适性原则，可拓展至Beta、Y型等其他分子筛体系，为多级孔材料制备提供了新方法论。