沸石分子篩作為重要的催化材料廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè),?是一類(lèi)由TO4四面體（其中骨架T原子一般是Si，Al或P原子）通過(guò)共頂點(diǎn)連接而形成的具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)晶體材料，其孔道類(lèi)型豐富多樣、孔道尺寸通常小于1 nm。作為重要的多孔材料，沸石分子篩的歷史可以追溯至1756年瑞典礦物學(xué)家發(fā)現(xiàn)灼燒時(shí)會(huì)沸騰的天然硅鋁酸鹽礦石（即天然沸石，Si/Al摩爾比低至1~1.5）。在隨后的長(zhǎng)期實(shí)踐中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到沸石具有良好的吸水、陽(yáng)離子交換及篩分功能，于是將其用于干燥、土壤離子交換及氣體分離等。

一、沸石分子篩催化劑在石油煉制領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用

流化催化裂化（FCC）是石油煉制中的重要過(guò)程，主要用于生產(chǎn)汽油、柴油、煤油等成品油。早期的FCC過(guò)程采用無(wú)定形的硅酸鋁為催化劑，其催化性能較差且易失活，導(dǎo)致煉油效率低。1962年，Mobil公司首先將八面沸石結(jié)構(gòu)的Y型分子篩作為催化劑活性組分用于FCC過(guò)程，大幅度提高了活性與煉油效率。Y型分子篩具有FAU拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于六方晶系，其Si/Al摩爾比通常為1.5~3，由于鋁落位于分子篩骨架中而具有較強(qiáng)的酸性；β籠是構(gòu)成Y型分子篩的基本單元，β籠像金剛石中的碳原子一樣排列，相鄰的β籠之間通過(guò)六方柱（D6R）連接，從而形成一個(gè)超籠結(jié)構(gòu)和三維十二元環(huán)孔道體系。

ZSM-5分子篩最早由Mobil公司于1970年代合成發(fā)現(xiàn)，具有MFI拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，Si/Al摩爾比可在低硅至純硅范圍內(nèi)改變，其酸性與骨架鋁含量密切相關(guān)；與Y型分子篩不同，ZSM-5分子篩不含大空腔的超籠，其結(jié)構(gòu)由直徑約為0.5nm的十元環(huán)直孔道與十元環(huán)Zigzag形孔道相互交叉形成，這一結(jié)構(gòu)特征使其具有優(yōu)異的擇形催化功能。在FCC過(guò)程中，ZSM-5分子篩與Y型分子篩發(fā)生協(xié)同作用，將Y型分子篩上形成的烴類(lèi)碳正離子進(jìn)一步裂化生成低碳烯烴，當(dāng)FCC催化劑中ZSM-5分子篩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，丙烯收率可達(dá)9%以上。作為重要的分子篩材料，ZSM-5分子篩不僅用于石油煉制領(lǐng)域，其在石油化工、精細(xì)化工及煤化工等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。

二、沸石分子篩催化劑在石油化工領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用

對(duì)二甲苯是重要的芳烴產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)聚酯的關(guān)鍵單體對(duì)二苯甲酸。2018年全球?qū)Χ妆降漠a(chǎn)能超過(guò)5200萬(wàn)噸/年。由于從重整油和裂解加氫汽油中抽提對(duì)二甲苯已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的對(duì)二甲苯需求，目前工業(yè)上主要通過(guò)甲苯歧化、二甲苯異構(gòu)化生產(chǎn)對(duì)二甲苯，這些工藝基本都以分子篩為催化劑的主要活性組分.

??二甲苯異構(gòu)化技術(shù)是將混合二甲苯中占比近3/4的鄰二甲苯、間二甲苯轉(zhuǎn)化為對(duì)二甲苯，同時(shí)將反應(yīng)物中的乙苯轉(zhuǎn)化或脫除。按照反應(yīng)方式的不同，催化劑可分為乙苯轉(zhuǎn)化型催化劑和乙苯脫乙基型催化劑：乙苯轉(zhuǎn)化型催化劑以絲光分子篩為主要活性組分，可使乙苯轉(zhuǎn)化為二甲苯，如UOP公司的I-9催化劑；乙苯脫乙基型催化劑以ZSM-5分子篩為主要活性組分，可使乙苯脫乙基為苯和乙烯，如UOP公司的 I-100 催化劑。基于不同分子篩催化劑的組合協(xié)同，Mobil公司開(kāi)發(fā)了XyMaxTM二甲苯異構(gòu)化工藝，通過(guò)雙床層分區(qū)提高了反應(yīng)效率。中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院在二甲苯異構(gòu)化分子篩催化劑的研制上也處于世界前列，開(kāi)發(fā)了SKI系列催化劑，在眾多二甲苯異構(gòu)化裝置上得到應(yīng)用。集成分子篩催化劑、吸附劑及反應(yīng)與分離工藝工程創(chuàng)新，戴厚良院士帶領(lǐng)中國(guó)石化研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)，先后在海南煉化建成?60?萬(wàn)噸/年、100?萬(wàn)噸/年芳烴聯(lián)合裝置。

三、沸石分子篩催化劑在精細(xì)化工領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用

精細(xì)化工是當(dāng)今化學(xué)工業(yè)中最具活力的領(lǐng)域之一，與工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、人民生活和尖端科技都有著極為密切的關(guān)系。精細(xì)化工產(chǎn)品種類(lèi)多、附加值高、用途廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，直接服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多行業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。作為重要的催化材料，沸石分子篩也用于一些重要精細(xì)化工產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。

在南京第一農(nóng)藥集團(tuán)有限公司、安徽國(guó)星生物化學(xué)有限公司分別建成投產(chǎn)1.2萬(wàn)噸/年、2.5萬(wàn)噸/年吡啶裝置，滿(mǎn)足了我國(guó)對(duì)吡啶生產(chǎn)技術(shù)的需求。環(huán)氧乙烷可以在沒(méi)有催化劑的情況下與氨發(fā)生反應(yīng)生成單乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，盡管改變反應(yīng)物氨/環(huán)氧乙烷比可以調(diào)節(jié)產(chǎn)物分布，但卻不能選擇性生成二乙醇胺。日本Shokubai公司將稀土離子交換的ZSM-5分子篩用于催化環(huán)氧乙烷氨化，由于單乙醇胺的最小分子尺寸為0.47 nm，而三乙醇胺的最小分子尺寸為1.0 nm，單乙醇胺可以進(jìn)入ZSM-5分子篩的孔道與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成二乙醇胺，后者卻無(wú)法進(jìn)一步與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成三乙醇胺，因此具有很高的二乙醇胺選擇性，這一生產(chǎn)二乙醇胺過(guò)程于2003年工業(yè)化。