Grazie a varie topologie cristalline, composizione chimica regolabile, elevata (idro) stabilità termica, e acidità/basicità superficiale controllabili, le zeoliti sono ampiamente utilizzate nella raffinazione del petrolio, fabbricazione petrolchimica, sintesi chimica fine, biomedicina, chimica ambientale, ecc. Tuttavia, per molte reazioni catalizzate da zeolite, i diametri molecolari delle specie di reazione coinvolte sono spesso maggiori delle aperture dei pori delle zeoliti. Ciò porta a una resistenza alla diffusione indesiderata tra la fase bulk e i centri attivi del catalizzatore, riducendo così significativamente l'efficienza del catalizzatore.

Ridurre la resistenza alla diffusione e migliorare l'efficienza del catalizzatore a base di zeolite è sempre una delle questioni più preoccupanti nel mondo accademico e industriale. Negli ultimi decenni, gli strumenti per l'integrazione di strutture gerarchiche micro/mesoporose nelle zeoliti per una migliore diffusione ed efficienza del catalizzatore sono stati notevolmente arricchiti.

Però, nei veri processi di catalisi industriale, anche se il componente zeolitico contiene una struttura gerarchicamente porosa, è solo uno dei componenti del catalizzatore industriale multicomponente. Il catalizzatore industriale a base di zeolite è essenzialmente una struttura gerarchica composta da componenti zeolitici microporosi e componenti non zeolitici macroporosi. Quando la struttura gerarchicamente porosa è integrata, il catalizzatore ha anche una struttura gerarchica trimodale micro/meso/macroporosa. Ovviamente, la struttura gerarchica dei pori dei catalizzatori industriali a base di zeolite esiste in due livelli:"all'interno del componente zeolitico" e "tra i componenti del catalizzatore industriale".

In un nuovo articolo di revisione pubblicato nella rivista con sede a Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati della China University of Petroleum di Qingdao, Cina (Peng Peng, Zi Feng Yan), China National Petroleum Company a Pechino, Cina (Xiong-Hou Gao), e Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS) a Caen, La Francia (Svetlana Mintova) ha analizzato lo stato dell'arte nella progettazione razionale di strutture gerarchiche micro/mesoporose dal punto di vista dell'ingegneria della reazione catalitica.

Dal punto di vista dell'ingegneria della reazione catalitica, gli indicatori quantitativi per valutare l'efficienza del catalizzatore sono il fattore di efficacia del catalizzatore (η) e il modulo di Thiele (φ). Se il sistema catalitico subisce una forte resistenza alla diffusione (η <0,25), allora è il reciproco di , quindi aumentato η significa diminuito φ. Sulla base della definizione di , il miglioramento di può essere ottenuto aumentando il coefficiente di diffusione effettivo (Deff) o accorciando il percorso di diffusione (L). Basato su questo, la struttura mesoporosa nella zeolite gerarchica può essere suddivisa in tre tipi:(1) "mesopori funzionali" (aumento del coefficiente di diffusione efficace, Def); (2) "mesopori ausiliari" (accorciare il percorso di diffusione, L); e (3) "mesopori integrati" (aumentano simultaneamente Deff e accorciano L). Per i materiali zeolitici gerarchici, un'eccellente interconnettività dei pori può garantire una rapida diffusione e desorbimento dei prodotti formati sui siti attivi dei micropori, evitando così la disattivazione. Per una rete di reazione a cascata come il cracking catalitico fluido (FCC), una struttura gerarchicamente porosa ben progettata può garantire l'interconnessione tra micro e mesopori, che è molto importante per il relè di reazione nel processo FCC.

La zeolite a struttura porosa gerarchica è solo uno dei componenti dei veri catalizzatori industriali. Per soddisfare i requisiti di resistenza meccanica, stabilità idrotermale, resistenza all'avvelenamento e al coke nei processi catalitici industriali, i catalizzatori industriali necessitano di aggiungere altri componenti non zeolitici. Sebbene il meccanismo di interazione tra i componenti del catalizzatore industriale non sia completamente compreso, l'accoppiamento non ideale delle strutture porose tra i componenti zeolitici e non zeolitici può causare una riduzione delle prestazioni dei componenti gerarchici dei pori zeolitici. Il coordinamento dell'interconnessione dei pori delle zeoliti gerarchiche e di altri componenti non zeolitici nei catalizzatori industriali è una questione urgente da affrontare prima delle applicazioni industriali delle zeoliti gerarchiche.

L'obiettivo finale per la preparazione di materiale gerarchicamente poroso è di liberare completamente il suo potenziale su scala industriale controllando la struttura gerarchica dei pori, posizione e interconnettività dei diversi componenti che svolgono un ruolo fondamentale nel miglioramento della loro efficienza catalitica. Sviluppo combinato in-situ o operando spettroscopico, le tecniche microscopiche o di diffrazione sono la chiave per svelare la relazione struttura-attività delle zeoliti gerarchiche come componenti dei catalizzatori industriali.