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調控催化劑表面微平衡 煤制烯烴效率翻倍
文章來源:科技日報     更新時間:2022-07-27 14:16:44
7月24日,記者從浙江大學獲悉,該校化學工程與生物工程學院肖豐收教授、王亮研究員團隊與中國科學院鄭安民研究員團隊合作,開發了一種控制催化劑表面微環境中水吸附-脫附平衡的策略,實現制備烯烴產品過程中催化劑效率翻倍——在250攝氏度下,一氧化碳的單程轉化率達到63.5%,同時保持71.4%的碳氫化合物為低碳烯烴產物。研究論文近日發表在國際期刊《科學》。

  烯烴是能源化工領域內一類重要的基礎化工原料,可用來制備合成橡膠,塑料,纖維,潤滑油及若干重要化工產品等。費托合成是以一氧化碳和氫氣的混合氣體為原料,通常在鐵基或鈷基催化劑和適當條件下合成碳氫化合物的工藝過程,是煤制烯烴的重要手段,但反應過程存在反應溫度高、效率不足等問題。如何提高催化劑低溫反應活性的同時,又保持優異的烯烴選擇性,是行業迫切需要解決的問題。

  聯合團隊研究費托合成過程時發現,在一氧化碳加氫過程中生成一定量的水會吸附在催化劑表面,影響后續反應底物的吸附與轉化,該現象在較低反應溫度下更為明顯。團隊通過催化劑和超疏水材料物理混合的方式,在催化劑表面構筑特定的微觀環境,同時促進產物的脫附和抑制其再吸附,推動反應正向進行。

  “我們把原來被水遮擋的活性位點釋放出來,催化反應就可以持續高效進行。”王亮介紹說,聚二乙烯基苯具有超疏水的表面,當混入催化體系后,反應中生成的水就會迅速脫附和擴散。雖然整個反應體系內的氣氛組成沒有變化,但是活性位點所處的微觀環境會變得相對干燥,為催化劑持續高效工作提供了有利條件。

  “發展低溫、高效的催化劑對于煤炭的清潔利用獲得大宗化學品具有重要意義。”肖豐收說,這種物理混合的新型催化體系,不需要改造現有工業反應路線,就能夠高效率地應用于生產實踐。

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