Aromaten zijn belangrijke bouwstenen van polymeren, of plastic, die opduiken als alles, van PET-flessen voor water tot ademend, kreukvrije polyester kleding. Deze petrochemicaliën omvatten een gespecialiseerde, sector met toegevoegde waarde in de energiesector. Het proces voor het raffineren van ruwe olie tot bruikbare aromatische stromen voor gebruik als derivaten omvat vaak het gebruik van een katalysator om chemische reacties te vergemakkelijken. Onder de verschillende soorten katalysatoren, veel zijn zeolieten - poreuze aluminosilicaten - zoals ZSM-5, een unieke synthetische zeoliet die veelvuldig wordt gebruikt bij de opwaardering van chemicaliën bij alkylering en isomerisatie. Producenten van petrochemische producten zijn voortdurend op zoek naar het minimaliseren van de overheadkosten om de volatiliteit op de grondstoffenmarkten te doorstaan ​​en de gemiddelde persoon een concurrerend eindproduct te bieden.

Jeffrey Rimmer, Abraham E. Dukler Professor aan de University of Houston Cullen College of Engineering en Javier Garcia-Martinez, hoogleraar anorganische chemie aan de Universiteit van Alicante, hebben een seeding-methode ontdekt die het syntheseproces vereenvoudigt en resulteert in spontane verzuiling van zeolieten. Het werk is gepubliceerd in Geavanceerde materialen . Het proces resulteert in meer aluminiumconcentraat in de zeoliet en een unieke kristalstructuur om chemische reacties met verminderde koolstofopbouw te vergemakkelijken.

"Deze nieuwe techniek heeft het voordeel dat ze dikkere, goed gevormde platen produceert, wat belangrijk is om zeer stabiele materialen te produceren - een belangrijk kenmerk in de meeste industrieel relevante toepassingen, ' zei Martínez.

"Deze hiërarchische katalysatoren laten een ongekende verbetering zien in de prestaties van de katalysator met een 4-voudig lagere deactiveringssnelheid, vijfvoudige toename in activiteit en bijna tweevoudige toename in selectiviteit, " volgens Rimmer.

In industrie, petrochemische producenten moeten vaak om de twee jaar een ommekeer maken om een ​​katalysator te regenereren of helemaal te vervangen. In de VS, aan het eind van het eerste kwartaal tot het begin van het tweede kwartaal hebben verschillende raffinaderijen gewoonlijk een onderhoudsperiode van twee weken tot twee maanden nodig om hieraan tegemoet te komen. Gedurende die tijd, productie en winst gaan verloren, en hoewel deze verbeterde hiërarchische zeolietkatalysatoren de ommekeer niet helemaal zullen beëindigen, hun kleinere maar stabiele grootte van 30-60 nanometer levert aluminium-actieve plaatsen voor katalyse - vergelijkbaar met commercieel ZSM-5. Echter, hun kleine formaat verbetert tegelijkertijd de selectiviteit en vermindert koolstofophoping. Dit duidt op langere perioden tussen dure doorlooptijden en een hogere opbrengst.

De implicaties van deze studie strekken zich uit tot een beter begrip van de nucleatie van zeoliet - of de eerste waarneming van een kristal - en wijzen in de richting van een nieuw proces voor het maken van gepileerde zeolieten zonder kostbare organische structuursturende middelen (OSDA). Zeolieten met hiërarchische (zuilvormige) structuren werden voorheen alleen met OSDA's gemaakt, die fungeren als sjablonen om deze unieke structuren te vormen.

"Tot nu, Men geloofde dat OSDA's cruciaal waren voor de synthese van zeolieten met pilaren, fungeren als sjablonen om de vorming van dunne onderling verbonden nanosheets te vergemakkelijken, ' zei Rimmer. Maar zoals we zagen in dit zaaiproces, deze 30-60 nanometer nanosheets kwamen voort uit amorf materiaal en vormden pilaren zonder enig sjabloon."

"Eerdere pogingen om deze katalysatoren te produceren vereisten dure organische middelen en doorgaans werden lage opbrengsten verkregen, die hun commerciële toepassing sterk beperkten, ', zei Martínez.

Zaaien bleek een hulpmiddel te zijn bij het synthetiseren van gepileerde zeolieten met verbeterde katalytische prestaties bij Friedel-Craft-alkylering en methanol tot koolwaterstofreacties. Deze synthesebenadering omzeilt het typische energie-intensieve proces van het gebruik van OSDA's. Organische stoffen die voorheen essentieel werden geacht voor het maken van zeolieten die commercieel kunnen worden gebruikt, zijn uiteindelijk niet langer nodig.

De volgende stappen voor dit project omvatten het opschalen van het proces om te laten zien of deze verbeterde zeolietkatalysator zijn prestaties op industriële schaal kan repliceren. Dit onderzoek fungeert ook als een springplank voor het verder onderzoeken van de implicaties van seeding om andere zeolieten te produceren met unieke structuren en uitzonderlijke prestaties in commerciële toepassingen.