中國科學院大連化學物理研究所的CO2與烷烴耦合制芳烴研究獲進展

近日,中國科學院大連化學物理研究所的研究團隊采用酸性分子篩作為催化劑,將CO2與輕質烷烴發生催化耦合反應,促進芳烴的生成,產物中芳烴選擇性高達80%。在特定條件下,約75%的CO2轉化為CO,約25%的CO2碳原子直接進入芳烴產物。相關研究成果發表于《催化學報》。

目前芳烴主要通過石腦油催化重整等石化路線生產,存在原料和目標產品間碳氫不平衡的問題。引入CO2與富氫的烷烴耦合調控其反應的碳氫平衡,提高目標產物選擇性,將CO2轉化為有用的化工原料或產品,以實現CO2資源化利用,對傳統芳烴生產具有重大意義。

該研究團隊以HZSM-5分子篩為催化劑,對比正丁烷、正戊烷和正己烷在氦氣和CO2氣氛中的轉化反應,并研究分子篩酸性、反應溫度、壓力、CO2加入量等條件對耦合反應的影響。結果表明,CO2的引入可大幅促進芳烴生成,同時抑制甲烷和乙烷等小分子烷烴生成。

該研究團隊對反應后的催化劑進行分析,發現大量甲基取代的內酯和甲基取代的環烯酮等含氧物種,并通過同位素標記試驗和一系列驗證試驗證實這些含氧中間體由CO2與烴類耦合轉化生成,耦合反應發生的途徑為CO2與碳正離子反應得到環內酯,環內酯進一步轉化為甲基環烯酮,甲基環烯酮轉化為芳烴產物。并進一步采用密度泛函理論計算耦合反應機理各步驟的能壘,驗證耦合反應機理的可行性。

該研究證實CO2與烷烴耦合反應不僅可以將其轉化為CO,更重要的是部分CO2的碳原子可以直接進入芳烴產物,促進芳烴的生成并提高產物中芳烴選擇性,為CO2大規模資源化利用提供一條有效途徑。