86-0411-85765886
近日，中(zhong)科院(yuan)大(da)連化(hua)物(wu)所(suo)劉(liu)中民院(yuan)士(shi)、魏(wei)迎旭(xu)研究員團隊在(zai)甲醇(chun)制烯(xi)烴(ting)反(fan)應(ying)積(ji)碳(tan)失活機(ji)理方面(mian)取得新進(jin)展，發現籠(long)結(jie)構分(fen)子(zi)篩催(cui)化(hua)甲醇(chun)轉(zhuan)化(hua)積碳(tan)跨(kua)籠生(sheng)長(chang)機(ji)制(zhi)。
分(fen)子(zi)篩催(cui)化(hua)的石油化(hua)工(gong)（催化(hua)裂化(hua)、異構(gou)化(hua)等）和(he)煤化(hua)工(gong)（甲醇(chun)制烯(xi)烴(ting)、合(he)成氣(qi)轉(zhuan)化(hua)等）等工(gong)業(ye)過(guo)程在(zai)國民經(jing)濟中(zhong)具有重(zhong)要地位，因(yin)其(qi)酸催(cui)化(hua)特征(zheng)，催(cui)化(hua)劑因(yin)積(ji)碳(tan)而(er)失活是(shi)普(pu)遍現(xian)象。需(xu)要對催化(hua)劑不(bu)斷(duan)燒炭(tan)再(zai)生才能維持(chi)其(qi)活性，以(yi)實現裝置(zhi)的長(chang)周(zhou)期(qi)操(cao)作。雖然(ran)分(fen)子(zi)篩催(cui)化(hua)劑積(ji)碳(tan)失活問(wen)題(ti)壹(yi)直受到(dao)廣(guang)泛(fan)的重視(shi)，但(dan)如何(he)使(shi)催化(hua)劑避(bi)免積碳(tan)仍然(ran)是(shi)壹(yi)項長(chang)遠的科學挑戰。要解(jie)決這(zhe)壹(yi)難(nan)題(ti)，需(xu)要對催化(hua)劑積(ji)碳(tan)失活的機(ji)理有深(shen)入(ru)的了解。目前，文獻(xian)對分(fen)子(zi)篩積(ji)碳(tan)的認(ren)知(zhi)歸(gui)納(na)為(wei)分(fen)子(zi)篩內(nei)部(bu)簡(jian)單的稠環芳烴(ting)物(wu)種(zhong)或分(fen)子(zi)篩外表面(mian)生成的石墨化(hua)的積碳(tan)，難(nan)以(yi)關(guan)聯(lian)出(chu)確(que)切(qie)的積碳(tan)演變途(tu)徑(jing)。從分(fen)子(zi)水平(ping)對積碳(tan)物(wu)種(zhong)結(jie)構進(jin)行全(quan)譜圖(tu)解(jie)析並(bing)跟蹤(zong)積碳(tan)物(wu)種(zhong)的演變對積碳(tan)失活和(he)催化(hua)劑再(zai)生過(guo)程具有重(zhong)要現(xian)實意(yi)義(yi)。
該(gai)項研究中，研究團隊結(jie)合(he)甲(jia)醇(chun)轉(zhuan)化(hua)為(wei)烯烴(ting)反(fan)應(ying)，利(li)用(yong)高分(fen)辨(bian)質譜與(yu)同位素標記(ji)技術(shu)相結(jie)合(he)的手(shou)段(duan)，配合(he)理論計(ji)算(suan)，成功(gong)解析了之前(qian)未(wei)知(zhi)的高分(fen)子(zi)量的復雜積碳(tan)分(fen)子(zi)結(jie)構，系統研究了積碳(tan)生長(chang)過程(cheng)中初始(shi)積(ji)碳(tan)基(ji)元物(wu)種(zhong)在(zai)分(fen)子(zi)篩籠(long)間(jian)的交聯(lian)生(sheng)長(chang)過程(cheng)，給出(chu)了相對完(wan)整(zheng)的甲醇(chun)制烯(xi)烴(ting)反(fan)應(ying)積(ji)碳(tan)演變路徑(jing)：SAPO-34分(fen)子(zi)篩籠(long)內(nei)活性烴(ting)池(chi)物(wu)種(zhong)逐(zhu)步(bu)擴環、稠(chou)環(huan)化(hua)生成3至4個環(huan)的積碳(tan)前軀體(ti)，隨(sui)後這(zhe)些(xie)積碳(tan)結(jie)構基(ji)元通過共價鍵(jian)跨(kua)籠交(jiao)聯(lian)，形成多核、類納(na)米(mi)石墨烯結(jie)構的稠環芳烴(ting)物(wu)種(zhong)。這(zhe)類跨(kua)籠交(jiao)聯(lian)的稠環芳烴(ting)物(wu)種(zhong)嚴(yan)重(zhong)阻(zu)礙反(fan)應(ying)傳質，導(dao)致(zhi)催(cui)化(hua)劑失(shi)活。隨(sui)後的拓展(zhan)研究發現，跨(kua)籠積(ji)碳(tan)失活行為(wei)在(zai)其(qi)他籠(long)結(jie)構分(fen)子(zi)篩催(cui)化(hua)體(ti)系也(ye)普(pu)遍存在(zai)。
研究人(ren)員介(jie)紹，跨(kua)籠積(ji)碳(tan)失活機(ji)制(zhi)的發現不(bu)僅(jin)會(hui)推(tui)動(dong)甲醇(chun)轉(zhuan)化(hua)網絡、籠(long)控(kong)制(zhi)原理等甲醇(chun)轉(zhuan)化(hua)反(fan)應(ying)基(ji)礎原理的深入(ru)研究，也(ye)會(hui)為(wei)高效(xiao)催(cui)化(hua)劑的設(she)計(ji)和(he)工(gong)業(ye)失(shi)活催(cui)化(hua)劑的燒炭(tan)再(zai)生工(gong)藝(yi)優(you)化(hua)提供(gong)理論參考(kao)。
相關(guan)研究成果近日發表在(zai)《自然(ran)-通訊》雜誌。該工(gong)作得到(dao)了國家自然科(ke)學基(ji)金項目、中科院前(qian)沿(yan)重點(dian)課題(ti)項目和(he)中國科(ke)學院對外合(he)作重點(dian)項目等的支持(chi)。
