86-0411-85765886
近(jin)日(ri)，中(zhong)科(ke)院(yuan)大連化物所(suo)劉中(zhong)民院(yuan)士(shi)、魏迎(ying)旭(xu)研究員團隊在甲(jia)醇(chun)制烯(xi)烴(ting)反(fan)應積(ji)碳失(shi)活(huo)機理方(fang)面取(qu)得(de)新進展(zhan)，發(fa)現(xian)籠結(jie)構分(fen)子(zi)篩催化甲(jia)醇(chun)轉化積碳(tan)跨(kua)籠生長(chang)機制。
分(fen)子(zi)篩催化的石(shi)油化(hua)工(gong)（催化裂化(hua)、異(yi)構化等(deng)）和煤(mei)化(hua)工（甲(jia)醇(chun)制烯(xi)烴(ting)、合(he)成氣轉(zhuan)化(hua)等(deng)）等(deng)工(gong)業過程(cheng)在國(guo)民經(jing)濟中(zhong)具有重要(yao)地(di)位(wei)，因其(qi)酸催化特(te)征(zheng)，催化劑(ji)因積(ji)碳而失(shi)活(huo)是(shi)普(pu)遍(bian)現(xian)象。需要(yao)對催化劑(ji)不(bu)斷燒(shao)炭(tan)再(zai)生才能維持(chi)其(qi)活(huo)性，以實現(xian)裝置的(de)長(chang)周(zhou)期(qi)操(cao)作。雖(sui)然分(fen)子(zi)篩催化劑(ji)積(ji)碳失(shi)活(huo)問題(ti)壹(yi)直(zhi)受(shou)到(dao)廣泛的(de)重視(shi)，但(dan)如(ru)何(he)使催化劑(ji)避免積碳仍(reng)然是(shi)壹(yi)項(xiang)長遠的科(ke)學(xue)挑(tiao)戰。要解決這壹(yi)難(nan)題，需(xu)要(yao)對催化劑(ji)積(ji)碳失(shi)活(huo)的(de)機理有深入(ru)的了解。目前，文(wen)獻(xian)對分(fen)子(zi)篩積(ji)碳的認(ren)知(zhi)歸納(na)為分(fen)子(zi)篩內(nei)部簡(jian)單(dan)的(de)稠環芳烴(ting)物(wu)種(zhong)或分(fen)子(zi)篩外(wai)表(biao)面生成的石(shi)墨化(hua)的(de)積碳，難以(yi)關聯出(chu)確(que)切(qie)的(de)積(ji)碳(tan)演(yan)變途徑(jing)。從(cong)分(fen)子(zi)水平(ping)對積(ji)碳(tan)物(wu)種(zhong)結(jie)構進行(xing)全(quan)譜圖解(jie)析並(bing)跟蹤(zong)積碳(tan)物(wu)種(zhong)的演(yan)變對積(ji)碳(tan)失(shi)活(huo)和催化劑(ji)再(zai)生過程(cheng)具(ju)有重要(yao)現(xian)實意(yi)義。
該(gai)項(xiang)研究中，研究團隊結(jie)合(he)甲(jia)醇(chun)轉化為烯(xi)烴(ting)反(fan)應，利(li)用高分(fen)辨(bian)質(zhi)譜與同(tong)位素(su)標(biao)記(ji)技(ji)術(shu)相(xiang)結(jie)合(he)的手(shou)段，配合(he)理論(lun)計算(suan)，成功解析了之前未(wei)知(zhi)的(de)高分(fen)子(zi)量(liang)的(de)復(fu)雜(za)積(ji)碳(tan)分(fen)子(zi)結(jie)構，系統(tong)研究了積碳生長(chang)過程(cheng)中(zhong)初始(shi)積碳基元物(wu)種(zhong)在分(fen)子(zi)篩籠間的(de)交聯生(sheng)長過程(cheng)，給(gei)出了相(xiang)對完(wan)整(zheng)的(de)甲(jia)醇(chun)制烯(xi)烴(ting)反(fan)應積(ji)碳演(yan)變路徑：SAPO-34分(fen)子(zi)篩籠內活(huo)性烴(ting)池(chi)物(wu)種(zhong)逐步(bu)擴(kuo)環、稠環化生(sheng)成3至(zhi)4個環的積(ji)碳前軀(qu)體，隨後(hou)這些(xie)積(ji)碳(tan)結(jie)構基元(yuan)通(tong)過共(gong)價(jia)鍵跨(kua)籠交聯，形成多核、類(lei)納(na)米(mi)石(shi)墨烯(xi)結(jie)構的稠環芳烴(ting)物(wu)種(zhong)。這類(lei)跨(kua)籠交聯的(de)稠環芳烴(ting)物(wu)種(zhong)嚴重(zhong)阻礙(ai)反應傳質(zhi)，導致催化劑(ji)失(shi)活(huo)。隨後(hou)的(de)拓展(zhan)研究發(fa)現(xian)，跨(kua)籠積碳(tan)失(shi)活(huo)行(xing)為在其他籠結(jie)構分(fen)子(zi)篩催化體系也普(pu)遍(bian)存(cun)在。
研究人員介(jie)紹，跨(kua)籠積碳(tan)失(shi)活(huo)機制的(de)發(fa)現(xian)不(bu)僅會(hui)推動甲(jia)醇(chun)轉化網絡、籠控制(zhi)原理等(deng)甲(jia)醇(chun)轉化反應基(ji)礎原理的(de)深(shen)入(ru)研究，也會(hui)為高效(xiao)催化劑(ji)的(de)設計和工(gong)業失(shi)活(huo)催化劑(ji)的(de)燒(shao)炭(tan)再(zai)生工(gong)藝(yi)優(you)化(hua)提(ti)供(gong)理(li)論(lun)參(can)考。
相(xiang)關研究成果(guo)近(jin)日(ri)發(fa)表(biao)在《自然-通(tong)訊(xun)》雜誌。該工(gong)作得到(dao)了國(guo)家自然科(ke)學(xue)基金項(xiang)目、中科(ke)院(yuan)前沿(yan)重點(dian)課(ke)題項(xiang)目和中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)對外(wai)合(he)作重點(dian)項(xiang)目等(deng)的(de)支持。
