江南大學的乙烷無氧脫氫制乙烯研究獲進展

近日，江南大學研究團隊在非貴金屬催化乙烷可控無氧脫氫高效制乙烯的研究中取得進展，相關研究成果發(fā)表于《美國化學會催化》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鍵是獲得目標產(chǎn)物烯烴高選擇性和催化劑高穩(wěn)定性的關鍵。研究團隊基于C—H鍵可控活化機制，設計合成了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。

表征及密度泛函理論(DFT)計算結果表明，合成的孤立單位點Co(Ⅱ)物種能夠在反應氣氛中穩(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。

[中國石化有機原料科技情報中心站供稿]