江南大學(xué)的乙烷無氧脫氫制乙烯研究獲進(jìn)展

近日，江南大學(xué)研究團(tuán)隊在非貴金屬催化乙烷可控?zé)o氧脫氫高效制乙烯的研究中取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國化學(xué)會催化》雜志。

工業(yè)上，以乙烷為原料制乙烯主要采用高溫(800～1 000 ℃)熱裂解技術(shù)路線，具有能耗高、乙烯產(chǎn)物選擇性低、投資成本高和操作條件苛刻等問題。因此，開發(fā)廉價、環(huán)境友好的高效烷烴無氧脫氫催化劑實現(xiàn)低碳烷烴低溫(400～600 ℃)可控催化脫氫制烯烴具有重要意義。

有效抑制低碳烷烴中C—C鍵的斷裂，而選擇性地活化C—H鍵是獲得目標(biāo)產(chǎn)物烯烴高選擇性和催化劑高穩(wěn)定性的關(guān)鍵。研究團(tuán)隊基于C—H鍵可控活化機(jī)制，設(shè)計合成了SAPO-34分子篩內(nèi)孔道中孤立穩(wěn)定的Co(Ⅱ)活性中心(-AlF-O-Co(Ⅱ)-O-AlF-)，并將該Co/SAPO-34催化劑用于催化乙烷無氧脫氫制乙烯反應(yīng)。

表征及密度泛函理論(DFT)計算結(jié)果表明，合成的孤立單位點Co(Ⅱ)物種能夠在反應(yīng)氣氛中穩(wěn)定存在，具有與傳統(tǒng)貴金屬鉑基催化劑可比較的催化活性(TOF)。與金屬態(tài)Co簇合物相比較，其能夠有效抑制烷烴分子中C—C鍵的斷裂及C—H鍵活化，避免生成甲烷副產(chǎn)物和積炭失活，從而獲得高于98%的乙烯選擇性，且100 h循環(huán)催化評價試驗表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。此外，試驗和計算結(jié)果也證實限域在分子篩孔道內(nèi)表面的鈷物種與孔道外的Co簇合物相比較，具有更低的C—C鍵和C—H鍵活化能力，有利于實現(xiàn)低碳烷烴可控脫氫制烯烴。

該項研究為構(gòu)建新型高效的低碳烷烴無氧脫氫催化劑提供了思路和理論基礎(chǔ)。

[中國石化有機(jī)原料科技情報中心站供稿]