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摘要：石油化工行业目前主要聚焦于提升流化催化裂化（FCC）催化剂的传质性能，以应对原油重质化和环保需求。本文利用荧光显微成像技术模拟，实现了具有不同孔结构特征的FCC催化剂内重油分子传质规律的时空分辨，设计合成了菲并咪唑衍生物荧光探针，并研究了分子在催化剂中的扩散。研究发现，通过调整催化剂孔道能显著提升其传质性能。该研究为工业催化剂的设计和优化提供了新的科学依据，填补了相关技术领域的空白。

关键词： FCC催化剂；传质；

一、前言

催化裂化催化剂[1]内基质大孔/介孔孔道内的扩散过程以及基质与分子筛孔道间的分子交换过程是传质速控过程[2]。为此，优化扩散传质是当前分子筛材料设计的核心，是调控分子筛催化剂活性、选择性和耐结焦性等催化特性的关键策略。由于缺少研究方法和相关理论研究的不足，分子筛传质行为研究成为分子筛应用基础研究中较为薄弱的环节[3-4]。

二、共聚焦荧光显微镜的研究传质扩散过程系统的搭建

通过实验平台的搭建，采用荧光显微镜研究了大分子化合物在不同种类FCC催化剂颗粒内的传质规律。在NIKON倒置共聚焦荧光显微镜[5-6]100倍油镜下观察到的2个催化剂颗粒吸附菲并咪唑衍生物晾干后的荧光显微镜图片，数值孔径（NA）为1.42，激发波长为405 nm，发射波长为400～500 nm。设置聚焦扫描单个FCC催化剂微球中心附近的焦平面，通过时间序列扫描可实现探针分子从FCC催化剂表面向微球内部渗透传质动态过程的可视化。

三、实验

（一）实验思想

通过搭建实验平台，实现传质扩散性能的观测。如图1，选择两种不同基质材料的催化剂，加入菲并咪唑衍生物[7]作为探针分子，记录30 min的图像。为了，确保实验的准确性，每种催化剂选50个。

（二）实验结果

由图2可以看出随着时间的延长，探针分子染色深度逐渐加深，尤其是视野中微球右边缘处的染色深度和亮度变化较为明显，另外，微球中心处的蓝色区域也随时间延长显著变大。由上可见，采用激光共聚焦荧光显微成像技术可实现成型催化剂颗粒内部荧光探针分子传质过程的可视化分析。

参考文献：

[1]Xu Q ， Zhu J ， Wu B .Enhancing light fuel production through catalytic pyrolysis of municipal mixed plastic waste over activated spent FCC catalyst[J].Journal of the Energy Institute， 2024：113.

[2] 秦玉才.噻吩类硫化物与烃类在Y分子筛上的吸附扩散及催化转化[D].中国石油大学（华东）[2024-05-30].

[3]Shi J ， Wang Y ， Yang W ，et al.Recent advances of pore system construction in zeolite-catalyzed chemical industry processes[J].Chemical Society Reviews， 2016， 47（24）：8877-8903.DOI：10.1002/chin.201606273.

[4]Zhou J ， Fan W ， Wang Y ，et al.The essential mass transfer step in hierarchical/nano zeolite： surface diffusion[J].国家科学评论：英文版， 2020.

[5] Hendriks F C ， Meirer F ， Kubarev A V ，et al.Single-Molecule Fluorescence Microscopy Reveals Local Diffusion Coefficients in the Pore Network of an Individual Catalyst Particle[J].Journal of the American Chemical Society， 2017， 139（39）：13632.DOI：10.1021/jacs.7b07139.

[6] Sprung C ， Weckhuysen B M .Differences in the location of guest molecules within zeolite pores as revealed by multilaser excitation confocal fluorescence microscopy： which molecule is where？[J].Journal of the American Chemical Society， 2015， 137（5）：1916.DOI：10.1021/ja511381f.

[7] Tan Y ， Zhao Z ， Shang L ，et al.A novel bipolar D–π–A type phenanthroimidazole/carbazole hybrid material for high efficiency nondoped deep-blue organic light-emitting diodes with NTSC CIEy and low efficiency roll-off[J].Journal of Materials Chemistry C， 2017：10.1039.C7TC04089J.DOI：10.1039/C7TC04089J.

基金项目：大学生创新创业训练计划项目D202304231628051007。