p Graças a várias topologias cristalinas, composição química ajustável, alta estabilidade (hidro) térmica, e acidez / basicidade de superfície controlável, zeólitas são amplamente utilizadas no refino de petróleo, fabricação petroquímica, síntese química fina, biomedicina, química ambiental, etc. No entanto, para muitas reações catalisadas por zeólita, os diâmetros moleculares das espécies de reação envolvidas são frequentemente maiores do que as aberturas dos poros dos zeólitos. Isso leva a resistência à difusão indesejada entre a fase em massa e os centros ativos do catalisador, reduzindo significativamente a eficiência do catalisador. p Aliviar a resistência à difusão e melhorar a eficiência do catalisador do catalisador à base de zeólita é sempre uma das questões mais preocupantes na academia e na indústria. Nas últimas décadas, ferramentas para integrar estruturas micro- / mesoporosas hierárquicas em zeólitas para melhor difusão e eficiência do catalisador foram muito enriquecidas.

p Contudo, nos processos reais de catálise industrial, mesmo se o componente zeolítico contiver estrutura hierarquicamente porosa, é apenas um dos componentes do catalisador industrial multicomponente. O catalisador industrial à base de zeólita é essencialmente uma estrutura hierárquica composta por componentes zeolíticos microporosos e componentes não zeolíticos macroporosos. Quando a estrutura hierarquicamente porosa é integrada, o catalisador também tem uma estrutura hierárquica trimodal micro / meso / macroporosa. Obviamente, a estrutura hierárquica de poros dos catalisadores industriais à base de zeólita existe em dois níveis:'dentro do componente zeolítico' e 'entre os componentes do catalisador industrial'.

p Em um novo artigo de revisão publicado no National Science Review , cientistas da China University of Petroleum em Qingdao, China (Peng Peng, Zi-Feng Yan), China National Petroleum Company em Pequim, China (Xiong-Hou Gao), e Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) em Caen, A França (Svetlana Mintova) analisou o estado da arte no design racional de estruturas micro / mesoporosas hierárquicas do ponto de vista da engenharia de reação catalítica.

p Do ponto de vista da engenharia de reação catalítica, os indicadores quantitativos para avaliar a eficiência do catalisador são o fator de eficácia do catalisador (η) e o módulo de Thiele (φ). Se o sistema de catalisador sofre forte resistência à difusão (η <0,25), então η é o recíproco de φ, portanto, η aumentado significa φ diminuído. Com base na definição de φ, o aumento de η pode ser alcançado aumentando o coeficiente de difusão efetivo (Deff) ou encurtando o caminho de difusão (L). Com base nisso, a estrutura mesoporosa no zeólito hierárquico pode ser dividida em três tipos:(1) 'mesoporos funcionais' (aumenta o coeficiente de difusão efetivo, Deff); (2) 'mesoporos auxiliares' (encurtar o caminho de difusão, EU); e (3) 'mesoporos integrados' (simultaneamente aumenta Deff e encurta L). Para materiais zeólitos hierárquicos, excelente interconectividade de poros pode garantir rápida difusão e dessorção de produtos formados nos sítios ativos dos microporos, evitando assim a desativação. Para uma rede de reação em cascata, como craqueamento catalítico fluido (FCC), estrutura hierarquicamente porosa bem projetada pode garantir a interconexão entre micro e mesoporos, o que é muito importante para o relé de reação no processo FCC.

p O zeólito com estrutura porosa hierárquica é apenas um dos componentes dos verdadeiros catalisadores industriais. A fim de atender aos requisitos de resistência mecânica, estabilidade hidrotérmica, resistência ao envenenamento e coque nos processos catalíticos industriais, os catalisadores industriais precisam adicionar outros componentes não zeolíticos. Embora o mecanismo de interação entre os componentes do catalisador industrial não seja totalmente compreendido, a combinação não ideal das estruturas porosas entre os componentes zeolíticos e não zeolíticos pode causar redução do desempenho dos componentes zeólitos de poros hierárquicos. A coordenação da interconectividade dos poros de zeólitas hierárquicas e outros componentes não zeolíticos em catalisadores industriais é uma questão urgente a ser tratada antes das aplicações industriais de zeólitas hierárquicas.

p O objetivo final para preparar material hierarquicamente poroso é liberar totalmente seu potencial em escala industrial, controlando a estrutura hierárquica de poros, localizações e interconectividade de diferentes componentes que desempenham um papel fundamental no aumento de sua eficiência catalítica. Desenvolvendo espectroscópica in-situ ou operando combinada, técnicas microscópicas ou de difração são a chave para desvendar a relação estrutura-atividade de zeólitas hierárquicas como um componente em catalisadores industriais.