86-0411-85765886
近(jin)日，大(da)連(lian)化(hua)物所(suo)甲醇制(zhi)烯(xi)烴國家(jia)工(gong)程(cheng)實(shi)驗(yan)室(shi)葉(ye)茂(mao)研(yan)究員(yuan)、劉中民(min)院士團(tuan)隊和分子(zi)探(tan)針與(yu)熒(ying)光(guang)成(cheng)像(xiang)研(yan)究組(zu)（1818組(zu)）徐兆(zhao)超(chao)研(yan)究員(yuan)團(tuan)隊合作(zuo)，采(cai)用(yong)多尺(chi)度反(fan)應(ying)-擴散模(mo)型與(yu)超(chao)分辨結構照明(ming)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)結(jie)合(he)，實(shi)現(xian)了(le)甲醇制(zhi)烯(xi)烴工(gong)業級別SAPO-34分子(zi)篩(shai)晶體(ti)內反(fan)應(ying)與擴散過程(cheng)成(cheng)像(xiang)，可(ke)以(yi)直觀獲(huo)取反(fan)應(ying)過程(cheng)中(zhong)客(ke)體分子(zi)、積碳物(wu)種(zhong)以及酸性位點的(de)時空分布與(yu)演(yan)化(hua)。
甲醇制(zhi)烯(xi)烴打通(tong)了(le)煤(mei)、天然氣(qi)以(yi)及生物質(zhi)等(deng)非(fei)石(shi)油原(yuan)料(liao)生產低(di)碳烯(xi)烴(ting)的技(ji)術(shu)路線(xian)，已經(jing)成(cheng)為我(wo)國(guo)乙烯丙烯等(deng)大(da)宗化(hua)學品的(de)重要生產方式(shi)。甲醇制(zhi)烯(xi)烴反(fan)應(ying)采(cai)用(yong)的分子(zi)篩(shai)催化(hua)劑，由(you)於(yu)獨(du)特的孔(kong)道(dao)結(jie)構限制了(le)分子(zi)傳(chuan)質(zhi)，使(shi)得其(qi)在實(shi)現(xian)較(jiao)高(gao)低(di)碳烯(xi)烴(ting)選擇性的同時也加(jia)快了(le)催(cui)化(hua)劑積碳失(shi)活(huo)。因(yin)此(ci)，獲(huo)取分子(zi)篩(shai)晶體(ti)內由(you)於(yu)傳質(zhi)限(xian)制導致的(de)反(fan)應(ying)物和產物(wu)的時空非(fei)均(jun)勻(yun)分布，對(dui)於(yu)理解(jie)催化(hua)劑積碳失(shi)活(huo)機理(li)具(ju)有重要意(yi)義(yi)。目(mu)前常用(yong)的時空分辨光譜成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)很難(nan)同(tong)時獲(huo)取催(cui)化(hua)過程(cheng)中(zhong)分子(zi)篩(shai)晶體(ti)內反(fan)應(ying)物和產物(wu)分子(zi)、積碳物(wu)種(zhong)以及酸性位點的(de)完(wan)整(zheng)時空演(yan)化(hua)信息(xi)。
葉(ye)茂(mao)、劉中民(min)團(tuan)隊對(dui)甲醇制(zhi)烯(xi)烴過程(cheng)進(jin)行(xing)了(le)深(shen)入(ru)研(yan)究，發(fa)展了(le)基(ji)於雙(shuang)環(huan)反(fan)應(ying)機理(li)的(de)反(fan)應(ying)動力(li)學(xue)（Chemical Engineering Journal, DOI: 10.1016/j.cej.2017.04.041；AIChE Journal, DOI: 10.1002/aic.16439），並提出了(le)分子(zi)篩(shai)晶體(ti)中(zhong)分子(zi)擴(kuo)散的(de)定(ding)量(liang)描(miao)述方法(fa)（Communication Chemistry, DOI: 10.1038/s42004-019-0144-1; AIChE Journal, DOI: 10.1002/aic.16991），據此(ci)建(jian)立了(le)分子(zi)篩(shai)晶體(ti)尺(chi)度和(he)催(cui)化(hua)劑顆粒(li)尺(chi)度的(de)多尺(chi)度反(fan)應(ying)-擴散模(mo)型（Chemical Engineering Science, DOI: 10.1016/j.ces.2016.03.004；Chemical Engineering Journal, DOI: 10.1016/j.cej.2018.08.054）。
最(zui)近，該(gai)團隊將(jiang)多尺(chi)度反(fan)應(ying)-擴散模(mo)型與(yu)超(chao)分辨結構照明(ming)成(cheng)像(xiang)相(xiang)結(jie)合(he)，實(shi)現(xian)了(le)甲醇制(zhi)烯(xi)烴工(gong)業級別SAPO-34分子(zi)篩(shai)晶體(ti)內反(fan)應(ying)與擴散過程(cheng)成(cheng)像(xiang)，可(ke)直(zhi)接獲(huo)取反(fan)應(ying)中反(fan)應(ying)物和產物(wu)分子(zi)、積碳物(wu)種(zhong)以及酸性位點的(de)時空分布與(yu)演(yan)化(hua)。研(yan)究發(fa)現(xian)，在甲醇制(zhi)烯(xi)烴過程(cheng)中(zhong)，分子(zi)篩(shai)的晶(jing)體(ti)粒(li)度可(ke)以(yi)改變(bian)活(huo)性(xing)中間體(ti)（芳(fang)烴(ting)烴池(chi)物(wu)種）的(de)空間初(chu)始(shi)落(luo)位，直(zhi)接決(jue)定(ding)客(ke)體分子(zi)與(yu)催化(hua)劑中(zhong)酸性位點以(yi)及活(huo)性(xing)中間體(ti)的可(ke)接觸(chu)性(xing)和利(li)用(yong)率，從而(er)對(dui)甲醇制(zhi)烯(xi)烴宏觀反(fan)應(ying)性能產生顯(xian)著(zhu)影響(xiang)。該(gai)方法(fa)還被(bei)進(jin)壹(yi)步(bu)用(yong)於定(ding)量(liang)描(miao)述甲醇制(zhi)烯(xi)烴過程(cheng)分子(zi)篩(shai)催化(hua)劑快(kuai)速(su)失(shi)活(huo)的(de)過程(cheng)。該(gai)研(yan)究實(shi)現(xian)了(le)介(jie)尺度模(mo)型和(he)時空分辨光譜技術(shu)的(de)結(jie)合(he)，不僅(jin)能夠(gou)促進(jin)理(li)解(jie)甲醇制(zhi)烯(xi)烴過程(cheng)分子(zi)篩(shai)催化(hua)劑反(fan)應(ying)擴散歷程(cheng)，對(dui)分子(zi)篩(shai)催化(hua)劑設(she)計(ji)和(he)甲醇制(zhi)烯(xi)烴工(gong)藝過程(cheng)優(you)化(hua)具(ju)有重要意(yi)義(yi)，同(tong)時為研(yan)究非(fei)均(jun)相(xiang)催(cui)化(hua)反(fan)應(ying)中分子(zi)篩(shai)晶體(ti)中(zhong)客(ke)體分子(zi)時空演(yan)化(hua)行為(wei)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)思(si)路。
