大連化物所提出甲醇甲苯耦合反應(yīng)體系組合調(diào)控策略實現(xiàn)高選擇性對二甲苯和低碳烯烴聯(lián)產(chǎn)
近日，中國科學院大連化學物理研究所低碳催化與工程研究部工程院院士劉中民、研究員魏迎旭、研究員于政錫、副研究員韓晶峰等在分子篩催化耦合反應(yīng)體系反應(yīng)機理和產(chǎn)物分布調(diào)控方面取得新進展。
分子篩擇形催化是主客體化學的一個成功案例。分子篩催化甲醇轉(zhuǎn)化過程提供了一種從非石油資源制造基本石化產(chǎn)品的替代途徑，目前，由甲醇高選擇性地有效轉(zhuǎn)化制取烯烴、芳烴、汽油等產(chǎn)品的過程已經(jīng)成功工業(yè)化。
本工作中，團隊在對甲醇制烯烴過程的深刻認識基礎(chǔ)上，建立甲醇甲苯耦合反應(yīng)體系，并對該體系的反應(yīng)機理進行了深入研究。通過多種實驗和表征手段，團隊揭示并優(yōu)化了甲苯對反應(yīng)體系的調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物甲苯的引入可形成由低甲基取代苯、亞甲基環(huán)戊/環(huán)己二烯，以及它們的質(zhì)子化產(chǎn)物組成的流動芳烴烴池，調(diào)控甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)路徑傾向于生成乙烯。在此基礎(chǔ)上，團隊結(jié)合理論計算，建立了完整的甲醇甲苯耦合反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。此外，團隊利用聯(lián)合改性策略，在分子篩外表面構(gòu)筑了具有強化擴散通路的外延生長/沉積殼層，覆蓋外表面酸中心，抑制副反應(yīng)并增強目標產(chǎn)物和副產(chǎn)物擴散差異，實現(xiàn)對二甲苯高選擇性生產(chǎn)的同時保持優(yōu)異的反應(yīng)物活性。
本工作通過組合調(diào)控策略，對產(chǎn)物烯烴、芳烴選擇性進行同時調(diào)控，實現(xiàn)了在單一分子篩床層上高選擇性生產(chǎn)乙烯、丙烯、對二甲苯等高附加值產(chǎn)品。其中乙烯、丙烯可以進一步生產(chǎn)聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），而乙烯下游產(chǎn)物乙二醇（EG）和對二甲苯下游產(chǎn)物精對苯二甲酸（PTA）可以進一步生產(chǎn)聚酯（PET）。這種高效的耦合路線對聚烯烴和聚酯工業(yè)的原料合成具有重要的指導意義，同時組合調(diào)控策略的建立為復雜催化過程中多種目標化學品的聯(lián)合生產(chǎn)提供了模型案例，基于此策略的甲醇耦合工業(yè)示范裝置正在建設(shè)中，將有望在大規(guī)模的甲醇耦合工業(yè)過程中得到推廣和應(yīng)用。
相關(guān)成果以“Combined Strategies Enable Highly Selective Light Olefins and para-Xylene Production on Single Catalyst Bed”為題，于近日發(fā)表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上，該工作的第一作者是大連化物所博士研究生吳一墨。上述工作得到國家自然科學基金、中國科學院A類先導專項“煤炭清潔燃燒與低碳利用”、中國科學院青促會等項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c12087
