土生土长绿色化：从天然黏土直接制备等级孔分子筛

来源：中国科学杂志社

具有“微孔-介孔/大孔”复合孔道结构的等级孔分子筛可以显著强化催化反应过程的传质扩散、提高催化效率，在劣质重油和生物质等大分子的高效清洁转化领域极具应用前景，但其制备仍面临绿色化和低成本的挑战：

原料来源。合成分子筛的主要原料（如硅溶胶、铝酸钠等）均是从天然矿物经过一系列的反应与分离过程制得，生产工艺路线长，物耗能耗高，且存在严重的污染排放，致使分子筛材料的合成从源头来看不是绿色的过程。

制备方法。目前等级孔分子筛的制备方法主要有两类：基于酸碱处理的后处理法和基于介/大孔模板剂的直接合成法，两者均为非绿色化的过程。

基于介尺度解聚-重组装从天然黏土矿物绿色制备等级孔分子筛的技术路线 

最近，福州大学研究团队（岳源源副教授、朱海波教授、王廷海副教授和鲍晓军教授）在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）上发表了前瞻性观点文章，提出了基于介尺度解聚-重组装以天然黏土矿物为原料低成本绿色制备等级孔分子筛材料的技术路线（如上图）。

这一技术路线的特征在于：

“土生”，原料绿色化：提出了耦合机械-化学作用的天然黏土矿物拟固相解聚新方法，将高岭土、累托土等天然黏土矿物的解聚条件从传统的800 oC、4 h（热活化）或600 oC、2 h（碱熔活化）降至100 oC、0.5 h，为合成分子筛材料提供了来源广泛、价格低廉的原料。

“土长”，合成方法绿色化：研究发现天然黏土矿物的拟固相解聚产物在经典的水热合成体系中可以“原位”转化为具有介孔结构的无定型物质，该无定型物质含有大量的四元环、六元环或链状结构的分子筛前驱体，不仅可以作为“异质晶种”显著加快分子筛的形成过程，且其在合成体系中的自组装导致等级孔结构的形成。

基于上述技术路线，研究者以天然黏土矿物为原料，不采用任何介孔/大孔模板剂，或者其他任何模板剂，创制出系列等级孔分子筛材料（如下图所示的等级孔ZSM-5、Y及Beta），其中等级孔ZSM-5分子筛已实现规模化生产，并大规模应用于催化裂化汽油中烯烃的临氢双支链异构。此外，研究者还利用天然黏土矿物中杂质元素可以在合成过程中原位进入分子筛骨架的特点，合成得到了杂原子分子筛（如FeZSM-5、TiZSM-5）。

等级孔ZSM-5、Y和Beta分子筛的表征结果

该文提出的“从天然黏土矿物直接制备等级孔分子筛”的技术路线为高性能分子筛的绿色合成提供了一种新的途径。