Un nuovo zeolite aluminosilicato, denominato ZMQ-1, si distingue per la presenza di canali meso-microporosi interconnessi, superando le limitazioni dei zeoliti tradizionali e migliorando la stabilità e l’efficienza catalitica. Questa innovazione, descritta su Nature, promette di rivoluzionare i processi catalitici nell’industria petrolchimica. Il team di ricerca ha progettato ZMQ-1 come il primo zeolite aluminosilicato con pori mesopori intrinseci interconnessi a 28 anelli, affrontando così le sfide storiche nel design dei zeoliti, come le restrizioni dimensionali dei pori, la stabilità e l’efficienza catalitica.
I zeoliti sono noti per le loro applicazioni nello scambio ionico, nell’adsorbimento e nella catalisi, ma la struttura microporosa limita il trattamento di molecole di dimensioni maggiori. Per superare questa limitazione, i ricercatori hanno sviluppato ZMQ-1 con pori mesopori intrinseci più ampi di 20 Å, mantenendo stabilità e acidità. A differenza dei tentativi precedenti di creare zeoliti mesoporosi che spesso incontravano problemi di instabilità strutturale e ridotta acidità, ZMQ-1 si presenta come una soluzione promettente.
L’utilizzo di un agente organico a base di fosfonio durante la sintesi di ZMQ-1 è stato cruciale per la formazione del telaio mesoporoso. Questo agente organico, con una carica positiva più forte e maggiore stabilità rispetto agli agenti tradizionali a base di ammonio, ha consentito la creazione di strutture mesoporose stabili. La cristallizzazione di ZMQ-1 è avvenuta attraverso una sintesi idrotermica con rapporti di silicio-alluminio regolabili, permettendo la personalizzazione per specifiche applicazioni.
Il Prof. Peng Lu, co-autore dello studio e ricercatore presso l’Istituto di Bioenergia e Biotecnologia di Qingdao (QIBEBT) dell’Accademia Cinese delle Scienze, ha sottolineato che ZMQ-1 è il primo zeolite aluminosilicato con un sistema di canali meso-microporosi intrinseco. La struttura unica di ZMQ-1 è stata analizzata utilizzando la diffrazione elettronica tridimensionale (3D ED) e la microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM), rivelando che i mesopori a 28 anelli erano interconnessi da finestre microporose a 10 anelli, creando un sistema di canali efficiente per la diffusione di molecole di diverse dimensioni.
Per valutare le prestazioni di ZMQ-1, i ricercatori hanno condotto esperimenti di cracking catalitico con gasolio da vuoto (VGO), una materia prima essenziale nella raffinazione del petrolio. I risultati hanno dimostrato che ZMQ-1 ha raggiunto un alto tasso di conversione di VGO, paragonabile ai zeoliti commerciali USY e Beta, superando anche il noto setaccio molecolare mesoporoso MCM-41 in efficienza di conversione e stabilità. In particolare, ZMQ-1 contenente fosforo ha mostrato una selettività per la produzione di diesel doppia e una formazione di coke significativamente ridotta rispetto ai suoi corrispettivi commerciali, ottenendo un’eccezionale selettività complessiva del carburante dell’80%.
In conclusione, ZMQ-1 rappresenta una svolta nel campo dei zeoliti, offrendo nuove opportunità per applicazioni nella cracking del petrolio pesante e nella conversione dell’energia verde. Grazie alla sua struttura meso-microporosa unica, ZMQ-1 si presenta come una soluzione efficace per massimizzare la resa dei prodotti desiderati e minimizzare i sottoprodotti indesiderati, contribuendo così allo sviluppo di processi chimici più efficienti e sostenibili.
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