中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所發(fā)現(xiàn)分子篩催化積炭跨籠生長機(jī)制

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究團(tuán)隊(duì)在甲醇制烯烴反應(yīng)積炭失活機(jī)理方面取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)籠結(jié)構(gòu)分子篩催化甲醇轉(zhuǎn)化的積炭跨籠生長機(jī)制。

分子篩催化的石油化工(催化裂化、異構(gòu)化等)和煤化工(甲醇制烯烴、合成氣轉(zhuǎn)化等)等工業(yè)過程在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位，但其酸催化特征導(dǎo)致催化劑易積炭失活。為實(shí)現(xiàn)裝置長周期運(yùn)行，需對(duì)催化劑不斷燒炭再生維持其活性。分子篩催化劑積炭失活問題一直受到廣泛的重視，為解決這一問題，需要對(duì)催化劑積炭失活的機(jī)理有深入的了解。目前，文獻(xiàn)對(duì)分子篩積炭的認(rèn)知?dú)w納為分子篩內(nèi)部簡單的稠環(huán)芳烴物種或分子篩外表面生成石墨化的積炭，難以關(guān)聯(lián)出確切的積炭演變途徑。從分子水平對(duì)積炭物種結(jié)構(gòu)進(jìn)行全譜圖解析并跟蹤積炭物種的演變對(duì)了解積炭失活和催化劑再生過程具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

該研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合甲醇制烯烴反應(yīng)，利用高分辨質(zhì)譜與同位素標(biāo)記技術(shù)相結(jié)合的手段，配合理論計(jì)算，成功解析了之前未知的高相對(duì)分子質(zhì)量的復(fù)雜積炭分子結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了積炭生長過程中初始積炭基元物種在分子篩籠間的交聯(lián)生長過程，提出了相對(duì)完整的甲醇制烯烴反應(yīng)積炭演變路徑：SAPO-34分子篩籠內(nèi)活性烴池物種逐步擴(kuò)環(huán)、稠環(huán)化生成3～4個(gè)環(huán)的積炭前軀體，隨后將這些積炭結(jié)構(gòu)基元通過共價(jià)鍵跨籠交聯(lián)，形成多核、類納米石墨烯結(jié)構(gòu)的稠環(huán)芳烴物種。這類跨籠交聯(lián)的稠環(huán)芳烴物種嚴(yán)重阻礙反應(yīng)傳質(zhì)，導(dǎo)致催化劑失活。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，跨籠積炭失活行為在其他籠結(jié)構(gòu)分子篩催化體系也普遍存在。