YNU-5分子筛的合成优化及其作为固体酸催化剂在甲醇制烯烃（MTO）反应中的应用研究

本研究针对高硅铝比分子筛在甲醇制烯烃（MTO）反应中易失活的问题，通过优化YNU-5分子筛的合成条件（以FAU型分子筛为硅铝源），系统探究了酸处理脱铝对催化剂稳定性的影响。结果表明，当Si/Al比≥200时，YNU-5的积碳失活显著抑制，且再生性能优异，为设计兼具强酸位点与抗积碳性能的分子筛催化剂提供了新思路。

　　

在能源化工领域，甲醇制烯烃（MTO）作为非石油路线生产高附加值化学品的关键技术，其核心挑战在于开发兼具高活性和稳定性的分子筛催化剂。传统分子筛如SAPO-34（CHA拓扑）虽具有高乙烯选择性，但易积碳失活；而Beta等大孔分子筛虽抗积碳性能较好，却因酸强度不足导致低碳烯烃选择性偏低。如何设计同时具备强酸位点、适宜孔道结构和抗积碳能力的催化剂，成为该领域的重要科学问题。

针对这一难题，日本横滨国立大学的研究团队以自主开发的YNU-5分子筛（YFI拓扑）为研究对象，系统探索了其合成优化与催化性能。这种独特的12-12-8/8环多级孔道分子筛，理论上可结合大孔道的高扩散性能与小孔道的强酸性，但其实际催化行为尚未明确。研究成果发表在《Catalysis Today》上，揭示了YNU-5在MTO反应中的构效关系。

研究采用水热合成法优化YNU-5制备工艺，重点考察FAU型分子筛作为硅铝源的作用；通过硝酸回流脱铝调控Si/Al比（9-300范围），结合XRD、²⁷Al MAS NMR（魔角旋转核磁共振）和NH₃-TPD（氨程序升温脱附）表征酸位分布；最后在固定床反应器中评价MTO性能（400°C，W/F=6.6 g-cat·h/mol），并采用TG-DTA（热重-差热分析）量化积碳。

3.1 合成与后修饰
研究发现FAU型分子筛对合成高质量YNU-5至关重要，其结晶过程呈现突发性转变——29-30小时内FAU相快速转化为YFI相。无FAU的种子辅助合成虽可行，但重现性差。酸处理实验显示脱铝难度遵循Beta < MSE < YFI < CHA的顺序，表明小孔道（如YFI的8环）会限制脱铝，这与^{27Al NMR中52.5 ppm峰（归属为8环内铝）的持久性相互印证。}

3.2 表征分析
NH₃-TPD证实YNU-5的酸强度（h峰温度）显著高于Beta和MSE，接近CHA水平。核磁共振发现脱铝过程中55.6 ppm（12环铝）信号逐渐减弱，而52.5 ppm（8环铝）信号持续存在，结合晶体学数据确认T1/T5位点（仅面向孤立8环）具有更宽的T-O-T键角，导致其化学位移偏向高场。

3.3 催化反应
Si/Al比显著影响MTO性能：当Si/Al<100时，催化剂因严重积碳（TG显示150 mg/g-cat）快速失活；Si/Al≥200时积碳量降至<20 mg/g-cat，且C₃=+C₄=选择性达60%。与CHA型分子筛（SSZ-13）相比，YNU-5更倾向生成C₃=/C₄=而非C₂=，反映其12环孔道的主导作用；而与Beta/MSE相比，其更高的C₂=选择性和残余失活趋势，暗示孤立8环内强酸位点的独特贡献。

再生性能
YNU-5(197)经6次550°C空气再生后仍保持活性恢复能力，但随循环次数增加活性缓慢下降，可能与反应生成的水导致骨架脱铝有关。

该研究首次阐明YNU-5分子筛在MTO反应中的"孔道-酸位-性能"关系：其12-12-8/8环多级孔道可实现反应物扩散与强酸催化的协同，而深度脱铝（Si/Al≥200）能有效抑制积碳。尽管孤立8环导致的渐进失活仍需优化，但优异的再生性能为其工业应用奠定基础。这项工作为设计下一代MTO催化剂提供了重要理论依据——通过精准调控分子筛的孔道拓扑与酸位分布，有望突破现有催化剂选择性-稳定性难以兼得的瓶颈。