背景

塑料廢物的回收利用是當(dāng)前急需解決的重要環(huán)境問(wèn)題。目前，主要的回收方法包括機(jī)械回收和焚燒，但這些方法存在顯著局限性，例如材料性能下降以及可能引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題。熱催化裂解技術(shù)能夠?qū)⑺芰蠌U物轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的基礎(chǔ)化學(xué)品，兼具環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益，是一種極具潛力的塑料回收途徑。分子篩催化劑因其獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)和酸性位點(diǎn)，在催化裂解反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而，傳統(tǒng)的微孔分子篩催化劑由于傳質(zhì)限制，難以有效應(yīng)用于大分子或立體位阻較大的分子（如塑料）的處理。分級(jí)孔道結(jié)構(gòu)可通過(guò)克服傳統(tǒng)微孔分子篩催化劑的傳質(zhì)限制，顯著提高反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散速率。針對(duì)多孔催化劑材料孔連通性能的表征手段，目前常用的方法包括掃描電子顯微鏡（SEM）、氣體吸附法（BET）和小角 X 射線散射（SAXS）。然而，上述傳統(tǒng)方法均存在一定局限性：SEM 主要提供樣品表面形貌信息，難以獲取內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)；氣體吸附法僅能反映孔徑分布，難以揭示孔道形狀及連通性特征；SAXS 對(duì)樣品分散性和穩(wěn)定性要求較高，且其分辨率受限于散射強(qiáng)度和樣品厚度。本應(yīng)用引入低場(chǎng)核磁共振技術(shù)，通過(guò)分析水分子在催化劑孔道中的弛豫時(shí)間，從而評(píng)估催化劑孔道的連通性。

該應(yīng)用對(duì)硝酸洗脫的 HY 分子篩 (DA(HNO30.5 h)-Y) 和未處理的 HY 分子篩 (H-Y)的孔道的連通性進(jìn)行了研究。首先對(duì)樣品進(jìn)行了飽水處理，將沸石置于去離子水中浸泡72小時(shí)，以確保水分子充分吸附至沸石孔道內(nèi)部。隨后采用T1-T2序列對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，并為對(duì)比分析，對(duì)純水樣也進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試。

圖1：自由水、未經(jīng)處理的H-Y分子篩、經(jīng)硝酸洗脫后的H-Y分子篩(DA(HNO3 0.5 h)-Y)T1-T2圖譜

對(duì)于自由水，在圖像上觀察到一個(gè)黑色的弛豫種群，其 T1 約為 3.1 秒，T2 約為 2.7 秒，弛豫時(shí)間較長(zhǎng)，符合液態(tài)水的特征。未經(jīng)處理的 H-Y 分子篩僅表現(xiàn)出一個(gè)弛豫種群（紅色），這表明水分子在微孔和顆粒間空間之間存在快速交換，對(duì)應(yīng)于微孔中的水分子行為。而經(jīng)硝酸洗脫后的 H-Y 分子篩 (DA(HNO3 0.5 h)-Y) 同樣僅表現(xiàn)出一個(gè)弛豫種群，但其弛豫時(shí)間更長(zhǎng)且分布范圍更廣，這表明水分子擴(kuò)散至更大的孔結(jié)構(gòu)中，同時(shí)反映了分子篩具有更為復(fù)雜的孔道結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步支持了其連通分級(jí)孔結(jié)構(gòu)的假設(shè)。

同時(shí)使用了PGSTE序列來(lái)測(cè)量樣品中水的自擴(kuò)散系數(shù) (D)，對(duì)于未經(jīng)處理的 H-Y 分子篩，信號(hào)衰減數(shù)據(jù)可以用單指數(shù)衰減函數(shù)擬合，得到一個(gè)自擴(kuò)散系數(shù) D = 1.40±0.02×10^-9 m²/s。對(duì)于 DA(HNO3 0.5 h)-Y 分子篩，信號(hào)衰減數(shù)據(jù)可以用雙指數(shù)衰減函數(shù)擬合，得到兩個(gè)擴(kuò)散種群：一個(gè)大的快速擴(kuò)散種群，自擴(kuò)散系數(shù) D1 = 1.64±0.02×10^-9 m²/s，對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)程擴(kuò)散，即水分子在微孔、介孔和顆粒間空間中自由擴(kuò)散。一個(gè)小的慢速擴(kuò)散種群，自擴(kuò)散系數(shù)D2 = 3±0.5×10^-10 m²/s，可能對(duì)應(yīng)于微孔阻塞，即水分子在微孔中受到限制，擴(kuò)散速率較慢。

圖2：PGSTE序列測(cè)試數(shù)據(jù)a、未經(jīng)處理的H-Y分子篩（單指數(shù)衰減函數(shù)擬合）；b、經(jīng)硝酸洗脫后的H-Y分子篩(DA(HNO3 0.5 h)-Y)（雙指數(shù)衰減函數(shù)擬合）

該案例充分展示了低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在催化劑孔連通性表征方面的顯著優(yōu)勢(shì)，具體包括以下幾點(diǎn)：其一，具有非侵入性特點(diǎn)，無(wú)需對(duì)樣品結(jié)構(gòu)造成破壞；其二，具備高靈敏度，能夠有效檢測(cè)微小孔道結(jié)構(gòu)的變化；其三，可同時(shí)對(duì)孔道大小及連通性進(jìn)行研究。

該案例為研究其他催化劑的孔道結(jié)構(gòu)提供了參考，有助于開(kāi)發(fā)高性能的催化劑。

如您對(duì)以上應(yīng)用感興趣，歡迎咨詢(xún)：15618037925