أثبت الخبراء أهمية محفزات الزيوليت في مجال الكيمياء من خلال العديد من التجارب.
يعد تحويل الميثانول إلى أوليفينات (MTO) أحد أهم التفاعلات في كيمياء C1 وقد ثبت أنه أكثر الطرق الصناعية غير البتروكيماوية نجاحًا لإنتاج الأوليفينات الخفيفة.
يعمل معهد داليان للفيزياء الكيميائية (DICP) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم على بحث وتطوير تفاعل MTO لمدة أربعين عامًا. في عام 2009 ، تم الانتهاء من تقنية MTO الخاصة بـ Dalian (DMTO) ، أول جهاز MTO في العالم وتم تشغيله في الصين. منذ عام 2010 ، استمرت Dalian Chemical في تطوير الجيل الثالث من عمليات DMTO (DMTO-II و DMTO-III) من خلال ابتكار تكنولوجي أكثر فعالية. لذلك ، أصبحت MTO أحد الطرق المهمة لإنتاج الإيثيلين والبروبيلين في الصين.
يعد إنشاء معرفة كاملة بعمليات الانتشار والتفاعل الديناميكي متعدد النطاقات أمرًا بالغ الأهمية للحفز الانتقائي لشكل الزيوليت وهو مطلوب بشكل عاجل في الأوساط الأكاديمية والصناعية ، خاصة بالنسبة لتحويل تحفيز الزيوليت إلى MTO. حتى الآن ، عادةً ما يتم عمل انتشار وتفاعل MTO و DTO (ثنائي ميثيل الأثير إلى الأوليفينات) بشكل منفصل وقد ركزوا على مقياس واحد. يزيد التحفيز التلقائي الديناميكي لـ MTO من تعقيد التفاعل والانتشار في تفاعل MTO. يعد الكشف عن تأثيرات التفاعل الديناميكي للانتشار والتفاعل في مواد محفزات زيوليت MTO المعتمدة على الوقت على مستويات متعددة أمرًا صعبًا ولكنه ضروري.
تقنية تداخل ديناميكي متعدد النطاقات لمحفزات الزيوليت في تفاعل الميثانول مع الأوليفينات
في الدراسة التي نُشرت مؤخرًا في National Science Review ، كشف فريق البحث بقيادة البروفيسور LIU Zhongmin و WEI Yingxu (من مختبر الهندسة الوطني للميثانول إلى Olefins ، DICP ، CAS) عن السلوك الديناميكي متعدد النطاقات وآلية الحديث المتبادل بين المواد المعتمدة على الوقت ، التأثير على الانتشار والتفاعل لتحويل الميثانول وثنائي ميثيل الأثير المحفز بواسطة SAPO-34.
لقد أبلغوا أن ديناميكيات تفاعلات DTO (بالنسبة إلى MTO) يتم تنظيمها بشكل واضح من خلال الحديث المتبادل لمواد التفاعل والانتشار ، حتى عند تنفيذها في نفس مادة الزيوليت الاصطناعية وهي قريبة جدًا من آليات تجمع الهيدروكربون. من ناحية ، تتطور مادة التجويف من نوع SAPO-34 ديناميكيًا بمرور الوقت من البدء إلى تحلل تفاعل MTO التحفيزي التلقائي بسبب تعديل المواد العضوية المحصورة. من ناحية أخرى ، تولد المواد التي تعتمد على الوقت بدورها تحفيزًا من خلال التطور الديناميكي للانتشار والتفاعلات. يحدث هذا الحديث المتبادل الديناميكي المعتمد على الوقت بين المواد والتفاعلات من مقياس طبقة المحفز إلى بلورة المحفز ومقاييس تجويف CHA ،
ينشأ سلوك وآلية الحديث المتبادل متعدد النطاقات من انتقائية الشكل المتفاعل لمواد محفزات الزيوليت عندما يستمر التفاعل الديناميكي لـ MTO و DTO. بالمقارنة مع الميثانول ، فإن نقل كتلة DME محدود على مضافة زيوليت SAPO-34 لأنه حاجز طاقة عالي لنفاذية السطح والانتشار داخل الحبيبات يعيق اختراق السطح الخارجي والقفز بين التجاويف لـ DME. يؤدي نقل الكتلة المقيد لـ DME إلى إطالة منطقة عمل DTO على طبقة المحفز ، ولكنه يؤدي أيضًا إلى انخفاض الإمكانات الكيميائية المحلية للمواد المتفاعلة ، مما ينتج عنه حركيات تفاعل معتدلة وفحم الكوك أثقل في البيئة المكروية للمحفز المحلي.
هذا الحديث المتبادل بين مادة التفاعل والانتشار الذي يحدث على النطاق المجهري في تجويف CHA يؤدي إلى سلوكيات الحديث المتبادل على مستويات متعددة: (1) لا يزال يمكن الوصول إلى الجزء الداخلي من بلورة المحفز بواسطة جزء كبير من DME في المرحلة اللاحقة من التفاعل ، الحفاظ على معدل دوران عالي السعة لـ DME ، و (2) يؤدي في النهاية إلى تفاعل معتدل ومتجانس نسبيًا ونمط إلغاء التنشيط ، فضلاً عن كفاءة أعلى في استخدام المحفز.
في المقابل ، يقدم تحويل الميثانول تفاعلًا غير متجانس طبقة تلو طبقة ووضع التعطيل ، في حين أن الإمكانات الكيميائية المحلية العالية للميثانول تجعل التفاعل المحسن والتعطيل مركّزًا على الجزء الخارجي من بلورة المحفز ، لتصبح المنطقة الفعالة الرئيسية. إن ميزة تفاعل DTO المقدمة في هذه الحالة حركيات التفاعل المطورة بشكل معتدل وترسب فحم الكوك المكبوت تعني إمكانية تحقيق التشغيل طويل الأجل لعملية DTO ذات الطبقة الثابتة.
محفزات الزيوليت لا يقتصر الأمر على تجسيد خاصية التفاعل للتحفيز غير المتجانس فحسب ، بل يوفر أيضًا حركيات تفاعل محلية محسنة أو معتدلة أو مكبوتة من خلال بيئة مكروية تحفيزية خاصة ، مما يؤدي إلى انتشار متعدد النطاقات وتفاعلات غير متجانسة ، وبالتالي تحقيق حفاز فعال وانتقائي للشكل. بالنسبة للتفاعلات الديناميكية المحددة التي يتم تحفيزها - بواسطة مواد الزيوليت ، فإن تحقيق التآزر الزماني المكاني الأمثل للمواد والانتشار والتفاعلات هو المفتاح الأكثر أهمية لتحسين معالجة المحفز ومواصلة التطوير.