中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所室溫下乙炔還原制乙烯研究獲進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與美國萊斯大學(xué)合作的研究團(tuán)隊在乙炔還原制乙烯研究中取得進(jìn)展，提出一種基于氣-固-液三相界面的新型室溫電催化乙炔還原制乙烯反應(yīng)策略，在室溫下實現(xiàn)富乙烯氣氛中低濃度乙炔的選擇性還原，乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)99.9%，乙烯選擇性大于90%，成功將乙炔質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5 000 μg/g降至1 μg/g以下。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·催化》雜志。

工業(yè)乙烯原料來源于石腦油等碳?xì)浠衔锪呀猓呀猱a(chǎn)物含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%～2.0%的乙炔雜質(zhì)。乙炔雜質(zhì)會導(dǎo)致乙烯聚合反應(yīng)催化劑中毒，從而影響聚合產(chǎn)品質(zhì)量。為降低乙炔雜質(zhì)濃度，目前普遍采用的是熱催化乙炔加氫技術(shù)。由于該技術(shù)需要溫度高于100 ℃，且引入過量H2，一方面會導(dǎo)致乙烯過度加氫，另一方面增加后續(xù)氣體分離操作。因此在更低溫度下實現(xiàn)乙炔選擇性催化轉(zhuǎn)化，同時避免引入額外氣體雜質(zhì)面臨挑戰(zhàn)。

該研究團(tuán)隊采用三相電催化反應(yīng)策略，通過層狀雙金屬氫氧化物(LDH，又稱水滑石)原位轉(zhuǎn)變形成Cu/Cu2O界面結(jié)構(gòu)納米催化材料，以水取代H2為質(zhì)子源，在室溫下實現(xiàn)富乙烯氣氛中低濃度乙炔的選擇性還原(C2H2+H2O→C2H4+0.5O2)，成功將乙炔質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至1 μg/g以下。該電催化乙炔還原反應(yīng)體系的各項指標(biāo)如乙炔轉(zhuǎn)化率、乙烯選擇性、氫氣殘留量、反應(yīng)溫度、比活性等均達(dá)到或超過熱催化乙炔加氫技術(shù)的最優(yōu)值。

與傳統(tǒng)熱催化技術(shù)相比，室溫乙炔電催化還原策略將低濃度乙炔轉(zhuǎn)換為乙烯，且所需電力成本低，在能量與原子經(jīng)濟(jì)性等方面具有優(yōu)勢，可應(yīng)用于工業(yè)乙烯原料氣提純過程，有望取代現(xiàn)有熱催化乙炔加氫技術(shù)。