中国石化上海院开发出全新结构分子筛材料
据获悉，上海院杨为民团队成功开发出一种全新结构的分子筛材料SCM-14，并于日前正式获得国际分子筛协会（IZA）授予的结构代码SOR。这标志着中国石化成为我国首个获得分子筛结构代码的企业，实现了国内企业在新结构分子筛合成领域零的突破。
SCM-14 分子筛
“分子筛是筛分分子的材料，它具有独特的孔道结构，是一种有规则的硅酸盐晶体。”上海院院长杨为民告诉《中国科学报》记者，分子筛由于其微孔结构，具有催化、吸附分离和离子交换等性能，广泛应用于石油化工、精细化工及能源环保等领域。
分子筛的结构直接决定了其性能和应用领域。例如，离子交换性取决于孔道或笼中阳离子的数目、位置及其可通行性；吸附性能取决于孔口的大小和孔道的体积；催化的形状选择性能与孔口的尺寸、孔道的走向和维数、阳离子的位置以及反应中间物的可容纳空间密切相关，而催化活性中心及吸附位置则与孔壁的组成有关。
“比如，炼油时加入分子筛材料可以提高汽油的辛烷值，从而提高油品品质；在化工领域，分子筛材料还可替代液体酸作为催化剂，从而减少环境污染。”杨为民进一步介绍说。
新结构分子筛的创制及工业应用往往会带来石化技术的跨越式发展，为此，美国埃克森美孚、雪佛龙等国际知名能源化工公司都十分重视新结构分子筛的创制和应用研究。据介绍，在SCM-14获得国际结构代码之前，IZA已经授予了235种结构代码，其中，埃克森美孚获得21种，雪佛龙获得18种，而我国工业界此前一直未能开发出原创性的新结构分子筛材料并获得结构代码。
为了改变这一现状，上海院不断加大新型催化材料的研发力度。杨为民团队自2013年起就开展新结构分子筛合成的探索研究，五年来共进行了2000余次试验，先后合成出21个以中国石化命名的SCM系列分子筛，其中SCM-14是一种全新结构的分子筛，具有独特的12×8×8元环三维孔道体系，且热稳定性优异，在催化与吸附等方面具有潜在的应用前景。
杨为民表示，新结构分子筛的合成，还要得益于高通量水热合成装置。该装置集机器人技术、微制造技术和软件技术为一体，利用平行的实验手段，在单位时间内和单位人力情况下可以比常规试验完成更多的合成工作。
分子筛材料通常结构复杂，且晶体尺寸较小，其结构解析也是一项极其复杂、费力费时的工作，目前，一般需要通过结合三维电子衍射技术和粉末X射线结构精修技术来实现。
“在分子筛结构解析工作方面，我们采取了开放合作的方式。”杨为民表示，在SCM-14结构解析过程中，上海院科研团队与瑞典斯德哥尔摩大学/北京大学“青年千人”孙俊良合作，通过对电子衍射数据进行解析得到了晶体结构模型，然后利用大科学装置——上海光源收集的同步辐射粉末X射线衍射数据进行结构精修，验证结构模型的准确性并获得精确结构。双方通力合作，历时8个月时间顺利完成了分子筛结构解析的全部工作。
杨为民表示，在SCM-14分子筛开发成功的基础上，上海院科研团队还将继续深入开展该分子筛的吸附和催化性能研究，加快新结构分子筛从发现到工业应用的步伐，力争形成原创性石油化工新技术。
