- 我國科學(xué)家在煤制烯烴催化劑研究方面取得突破
- 發(fā)布日期：2023-05-22
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所5月19日發(fā)布消息稱，近日，該所研究團(tuán)隊(duì)揭示合成氣直接轉(zhuǎn)化領(lǐng)域長期存在的“高轉(zhuǎn)化率和高選擇性難以兼顧”瓶頸的科學(xué)根源，創(chuàng)新催化劑，在國際上首次實(shí)現(xiàn)低碳烯烴選擇性和一氧化碳單程轉(zhuǎn)化率同時(shí)超過80%，低碳烯烴單程收率達(dá)48%，遠(yuǎn)超目前國際最高水平27%。
化學(xué)工業(yè)中，85%以上的過程都依賴于催化劑來加速反應(yīng)速率。但在大多數(shù)情況下，決定催化反應(yīng)效率的兩個(gè)重要參數(shù)——反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性往往相互糾纏，就像“蹺蹺板”一樣，轉(zhuǎn)化率提高了，選擇性就降低，此消彼長，無法同時(shí)兼顧。如何解開這種“糾纏”，打破“蹺蹺板”效應(yīng)是催化研究工作者一直努力的方向。
在研究煤基合成氣（一氧化碳和氫氣的混合氣）直接轉(zhuǎn)化為低碳烯烴過程中，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所焦峰博士、潘秀蓮研究員和包信和院士研究團(tuán)隊(duì)于2016年創(chuàng)制了一種氧化物和分子篩復(fù)合的催化體系(OXZEO)，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了一氧化碳轉(zhuǎn)化率為17%時(shí)，低碳烯烴的選擇性高達(dá)80%，從而突破了百年來經(jīng)典費(fèi)托合成低碳烴選擇性難以逾越的58%理論極限。隨后，研究所與企業(yè)合作，創(chuàng)制了OXZEO?-TO催化劑，并于2020年在工廠完成了年產(chǎn)低碳烯烴1000噸的工業(yè)性試驗(yàn)，驗(yàn)證了這一過程在科學(xué)原理上的正確性和工藝過程的可行性。
在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)又歷經(jīng)六年多深入研究和大量實(shí)驗(yàn)，研究組創(chuàng)造性地研制了金屬鍺離子同晶取代的微孔分子篩（GeAPO-18）。在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，該催化劑在保持低碳烯烴選擇性大于80%（最高為83%）的條件下，一氧化碳的單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到85%，實(shí)現(xiàn)了低碳烯烴收率達(dá)48%的國際最好水平，超過了第一代OXZEO催化劑的一倍以上。
“這種通過活性中心分離，以及分子篩孔道和酸性位結(jié)構(gòu)特性調(diào)控優(yōu)化反應(yīng)中間體傳輸與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，打破催化反應(yīng)‘蹺蹺板’效應(yīng)的概念，對(duì)類似雙功能催化體系應(yīng)該具有普適性，必將會(huì)從基礎(chǔ)上推動(dòng)分子篩催化研究領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展” 潘秀蓮研究員說道，“下一步我們要努力發(fā)展面向工業(yè)過程的新一代OXZEO催化劑，加速工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程”。
包信和院士也提出了更高目標(biāo)，“未來進(jìn)一步與可再生能源制備的綠氫相結(jié)合，發(fā)展出我國獨(dú)創(chuàng)的低耗水、低碳排放的新型煤化工體系，以此助力保障國家的能源、資源安全和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。”
蘇公網(wǎng)安備 32010502010057號(hào)
