大連化物所提出甲醇甲苯耦合反應(yīng)體系組合調(diào)控策略實(shí)現(xiàn)高選擇性對(duì)二甲苯和低碳烯烴聯(lián)產(chǎn)
近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所低碳催化與工程研究部工程院院士劉中民、研究員魏迎旭、研究員于政錫、副研究員韓晶峰等在分子篩催化耦合反應(yīng)體系反應(yīng)機(jī)理和產(chǎn)物分布調(diào)控方面取得新進(jìn)展。
分子篩擇形催化是主客體化學(xué)的一個(gè)成功案例。分子篩催化甲醇轉(zhuǎn)化過程提供了一種從非石油資源制造基本石化產(chǎn)品的替代途徑，目前，由甲醇高選擇性地有效轉(zhuǎn)化制取烯烴、芳烴、汽油等產(chǎn)品的過程已經(jīng)成功工業(yè)化。
本工作中，團(tuán)隊(duì)在對(duì)甲醇制烯烴過程的深刻認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，建立甲醇甲苯耦合反應(yīng)體系，并對(duì)該體系的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入研究。通過多種實(shí)驗(yàn)和表征手段，團(tuán)隊(duì)揭示并優(yōu)化了甲苯對(duì)反應(yīng)體系的調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物甲苯的引入可形成由低甲基取代苯、亞甲基環(huán)戊/環(huán)己二烯，以及它們的質(zhì)子化產(chǎn)物組成的流動(dòng)芳烴烴池，調(diào)控甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)路徑傾向于生成乙烯。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)結(jié)合理論計(jì)算，建立了完整的甲醇甲苯耦合反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。此外，團(tuán)隊(duì)利用聯(lián)合改性策略，在分子篩外表面構(gòu)筑了具有強(qiáng)化擴(kuò)散通路的外延生長(zhǎng)/沉積殼層，覆蓋外表面酸中心，抑制副反應(yīng)并增強(qiáng)目標(biāo)產(chǎn)物和副產(chǎn)物擴(kuò)散差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)二甲苯高選擇性生產(chǎn)的同時(shí)保持優(yōu)異的反應(yīng)物活性。
本工作通過組合調(diào)控策略，對(duì)產(chǎn)物烯烴、芳烴選擇性進(jìn)行同時(shí)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了在單一分子篩床層上高選擇性生產(chǎn)乙烯、丙烯、對(duì)二甲苯等高附加值產(chǎn)品。其中乙烯、丙烯可以進(jìn)一步生產(chǎn)聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），而乙烯下游產(chǎn)物乙二醇（EG）和對(duì)二甲苯下游產(chǎn)物精對(duì)苯二甲酸（PTA）可以進(jìn)一步生產(chǎn)聚酯（PET）。這種高效的耦合路線對(duì)聚烯烴和聚酯工業(yè)的原料合成具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)組合調(diào)控策略的建立為復(fù)雜催化過程中多種目標(biāo)化學(xué)品的聯(lián)合生產(chǎn)提供了模型案例，基于此策略的甲醇耦合工業(yè)示范裝置正在建設(shè)中，將有望在大規(guī)模的甲醇耦合工業(yè)過程中得到推廣和應(yīng)用。
相關(guān)成果以“Combined Strategies Enable Highly Selective Light Olefins and para-Xylene Production on Single Catalyst Bed”為題，于近日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上，該工作的第一作者是大連化物所博士研究生吳一墨。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“煤炭清潔燃燒與低碳利用”、中國(guó)科學(xué)院青促會(huì)等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c12087
