86-0411-85765886
近(jin)日(ri)，大(da)連(lian)化物(wu)所甲醇(chun)制烯烴(ting)國家(jia)工(gong)程(cheng)實(shi)驗(yan)室(shi)葉(ye)茂研(yan)究(jiu)員、劉中民(min)院士團隊和分(fen)子(zi)探(tan)針(zhen)與熒(ying)光成(cheng)像(xiang)研(yan)究(jiu)組（1818組）徐(xu)兆超研(yan)究(jiu)員團隊合作，采用多尺度反(fan)應(ying)-擴散模(mo)型與超分辨結(jie)構(gou)照(zhao)明(ming)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)結(jie)合，實現了甲醇(chun)制烯烴(ting)工業級(ji)別SAPO-34分子(zi)篩(shai)晶(jing)體(ti)內反(fan)應(ying)與擴散過程(cheng)成(cheng)像(xiang)，可(ke)以(yi)直(zhi)觀獲取反(fan)應過程(cheng)中(zhong)客體(ti)分子(zi)、積(ji)碳(tan)物(wu)種以及酸性位點的時(shi)空分布與演(yan)化。
甲醇(chun)制烯烴(ting)打(da)通(tong)了(le)煤、天(tian)然氣(qi)以(yi)及生(sheng)物(wu)質等非(fei)石(shi)油(you)原料生(sheng)產(chan)低碳(tan)烯烴(ting)的技(ji)術(shu)路(lu)線，已(yi)經成(cheng)為(wei)我(wo)國(guo)乙烯丙烯等(deng)大宗(zong)化學品(pin)的重(zhong)要生(sheng)產(chan)方(fang)式。甲(jia)醇(chun)制烯烴(ting)反應(ying)采(cai)用(yong)的分(fen)子(zi)篩催(cui)化劑，由(you)於獨(du)特的孔道(dao)結(jie)構限(xian)制了分(fen)子(zi)傳(chuan)質(zhi)，使得其在(zai)實(shi)現較高低碳(tan)烯烴(ting)選擇(ze)性的同時也加(jia)快了催(cui)化劑積(ji)碳(tan)失(shi)活。因(yin)此，獲取分(fen)子篩晶(jing)體(ti)內由(you)於傳(chuan)質(zhi)限制導致的反(fan)應(ying)物(wu)和產(chan)物(wu)的時(shi)空非(fei)均(jun)勻分(fen)布，對於理(li)解(jie)催(cui)化劑積(ji)碳(tan)失(shi)活機理(li)具(ju)有(you)重要意義(yi)。目(mu)前常用(yong)的時(shi)空分辨光譜成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)很(hen)難同時獲取催(cui)化過程(cheng)中(zhong)分(fen)子(zi)篩(shai)晶(jing)體(ti)內反(fan)應(ying)物(wu)和產(chan)物(wu)分子、積碳(tan)物(wu)種以及酸性位點的完整(zheng)時(shi)空演(yan)化信息(xi)。
葉(ye)茂(mao)、劉中(zhong)民(min)團隊(dui)對甲醇(chun)制烯烴(ting)過程(cheng)進(jin)行了(le)深入研(yan)究(jiu)，發展了基(ji)於雙(shuang)環反應(ying)機(ji)理(li)的反(fan)應(ying)動力(li)學（Chemical Engineering Journal, DOI: 10.1016/j.cej.2017.04.041；AIChE Journal, DOI: 10.1002/aic.16439），並提出了(le)分子篩晶(jing)體(ti)中分(fen)子(zi)擴(kuo)散的定(ding)量描述(shu)方(fang)法（Communication Chemistry, DOI: 10.1038/s42004-019-0144-1; AIChE Journal, DOI: 10.1002/aic.16991），據(ju)此(ci)建(jian)立了分(fen)子篩晶(jing)體(ti)尺度和(he)催(cui)化劑顆(ke)粒尺度的多尺度反(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）。
最近(jin)，該(gai)團(tuan)隊(dui)將多尺度反(fan)應(ying)-擴散模(mo)型與超分辨結(jie)構(gou)照(zhao)明(ming)成(cheng)像(xiang)相(xiang)結(jie)合，實現了甲醇(chun)制烯烴(ting)工業級(ji)別SAPO-34分子(zi)篩(shai)晶(jing)體(ti)內反(fan)應(ying)與擴散過程(cheng)成(cheng)像(xiang)，可(ke)直(zhi)接(jie)獲取反(fan)應中反(fan)應(ying)物(wu)和產(chan)物(wu)分子、積碳(tan)物(wu)種以及酸性位點的時(shi)空分布與演(yan)化。研(yan)究(jiu)發現，在(zai)甲(jia)醇(chun)制烯烴(ting)過程(cheng)中(zhong)，分(fen)子(zi)篩(shai)的晶(jing)體(ti)粒度(du)可(ke)以(yi)改(gai)變活性中(zhong)間(jian)體(ti)（芳烴烴(ting)池(chi)物(wu)種）的空間初(chu)始落位，直(zhi)接(jie)決定(ding)客體(ti)分子(zi)與催化劑中(zhong)酸性位點以(yi)及活性中(zhong)間(jian)體(ti)的可(ke)接(jie)觸(chu)性和(he)利(li)用率，從(cong)而(er)對甲醇(chun)制烯烴(ting)宏觀反應性能產(chan)生(sheng)顯(xian)著影響(xiang)。該(gai)方(fang)法還(hai)被進(jin)壹(yi)步用於定(ding)量描述(shu)甲(jia)醇(chun)制烯烴(ting)過程(cheng)分(fen)子(zi)篩(shai)催(cui)化劑快速失(shi)活的過(guo)程(cheng)。該(gai)研(yan)究(jiu)實現了介尺度模(mo)型和(he)時(shi)空分辨光譜技(ji)術(shu)的結(jie)合，不僅能夠(gou)促(cu)進(jin)理(li)解(jie)甲(jia)醇(chun)制烯烴(ting)過程(cheng)分(fen)子(zi)篩(shai)催(cui)化劑反(fan)應擴(kuo)散歷(li)程(cheng)，對分子(zi)篩催化劑設計(ji)和(he)甲(jia)醇(chun)制烯烴(ting)工藝過(guo)程(cheng)優(you)化具有(you)重要意義(yi)，同時為(wei)研(yan)究(jiu)非(fei)均(jun)相(xiang)催(cui)化反應(ying)中分(fen)子篩晶(jing)體(ti)中客體(ti)分子(zi)時(shi)空演(yan)化行為(wei)提供了(le)新(xin)思路(lu)。
