2-8、新结构分子筛SMC-14的高通量合成

杨为民^*

中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，绿色化工与工业催化国家重点实验室

摘要：当前全球经济发展与资源环境问题的矛盾日益突出，化学工业面临严峻挑战，开发碳资源高效利用及高效转化的环境友好的绿色化工技术是化学工业可持续发展的重要支撑。分子筛催化剂，这类已经在化学工业技术变革中扮演过重要角色的催化材料，必将在未来的化工过程的绿色化进程中继续发挥关键作用。分子筛催化剂的创制，核心是分子筛新材料的开发。

世界著名能源化工公司埃克森美孚、雪佛龙等都十分重视新结构分子筛的创制，迄今为止上述两公司已分别获得了 22种和 19种分子筛结构代码，其开发分子筛新材料的水平在工业界处于遥遥领先的地位。而我国工业界还没有开发出原创性的新结构分子筛。

中国石化上海石油化工研究院自2011年起，即着手开展新结构分子筛合成的探索研究。已先后开发了21个牌号的以中石化命名的SCM（SINOPEC Composite Material）系列分子筛，其中SCM-14分子筛具有一种全新的晶体结构，该结构已于2018年5月15日正式取得结构代码SOR，标志着中国石化成为我国第一个获得分子筛结构代码的公司，实现了国内企业在新结构分子筛合成领域零的突破，具有里程碑意义。本文将着重介绍该材料的开发过程。

传统的分子筛开发模式为手工“试错法”。实验人员平均每批可进行12次筛选。而采用高通量分子筛合成与表征系统，每批可进行48次筛选，效率是人工的4倍。同时，高通量分子筛合成与表征系统能够自动完成洗涤过程并制备XRD、SEM表征所需的样品，省去了后续人工操作。另外，高通量分子筛合成与表征系统能够将试验记录收入数据库，为后续数据整理、调用、分析提供了极大便利，因此能够大幅提高新分子筛的开发速度。本文采用吡啶衍生物为有机结构导向剂（OSDA），结合晶化体系调变的合成策略，利用国内首套48通道高通量分子筛合成与表征系统，系统考察了原料种类、配比、晶化条件等参数对晶化产物的影响。

经过2000余次试验，筛选了10余种有机结构导向剂，合成了具有特殊形貌、独特骨架T原子组成和未知骨架结构的分子筛，并命名为SCM-n。通过与瑞典斯德哥尔摩大学/北大青年千人专家孙俊良研究员密切合作，对结构未知的SCM-14分子筛进行结构解析，得出该材料具有12-, 8-, 8-元环三维孔道体系，且热稳定性好。该材料具有弱酸性，在催化与吸附等方面具有潜在的工业应用前景。

国际分子筛协会结构委员会授予的结构代码已达239种，其中仅有占比9%左右的结构对应的分子筛实现了工业化应用，未实现应用的结构中除了大部分部分因骨架结构不稳定、缺少活性金属中心以外，还有部分是由于制备过程复杂昂贵。未来，还是要从合成入手，解决成本问题。高通量技术的进一步发展能够有效促进新型分子筛材料的快速开发，与理论计算相结合的高通量实验技术是重要的发展方向。发展各类高通量合成及实验评价、高通量计算、模型筛选等技术，建立基于工业应用的分子筛材料数据库，对新结构高性能分子筛催化剂创制和绿色化工技术开发意义重大。

关键词：分子筛，SCM-14，SOR，高通量，材料基因

致谢：国家重点研发计划(编号2017YFB0702800) ：绿色高效化工催化新材料的高通量开发和应用

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.208