以C2H4,C3H6,C4H8為代表的低鏈烯烴是塑料、涂料、溶劑、醫藥等化工產品的重要中間體。這些低鏈烯烴全世界年產量大約2億噸,主要通過原油制備得到。
最近,以合成氣(CO和H2)和甲醇作為原料,在費托催化劑作用下直接制備低鏈烯烴的方法受到廣泛關注。但是,這種方法存在很多缺點而受到很大的限制:
1)烯烴選擇性差,甲烷選擇性高;常規催化劑的低碳烯烴轉化率往往不足60%;
2)容易積碳失活;
3)投資高。
圖1. 原油制備低鏈烯烴工廠和設備照片
有鑒于此,大連化物所包信和院士和潘秀蓮教授團隊報道了在此領域的里程碑進展。Jiao等人設計了一種OX-ZEO策略(Oxide-Zeolite),其核心在于一種雙功能的復合催化劑ZnCrOx/MSAPO:尖晶石結構的ZnCrOx和介孔SAPO沸石。該催化劑具有兩種活性位點,可將CO活化和C-C偶聯分開。一方面,部分氧化的ZnCrOx(鋅鉻氧化物)活化CO和H2;另一方面,C-C偶聯在沸石的酸性限域孔道內進行。
圖2. 提出的反應機理
該催化劑對合成氣直接轉化成(C2-C4)具有高達94%的超高選擇性(烯烴80%,烷烴14%),甲烷僅僅2%,其中CO轉化率為17%。另外,該催化劑穩定性良好,110小時內沒有發現明顯失活!
圖3. OX-ZEO的催化過程
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2. Krijn P. de Jong. Surprised by selectivity. Science, 2016, 351, 1030.