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看似简单的“提纯”，发了一篇Science，仅三张图！

Lily说跨境

2025-02-22

近日，明尼苏达大学Aditya Bhan教授团队开发出一种基于氧化铋（Bi₂O₃）的化学循环燃烧技术，可高效从富含乙烯（C₂H₄）的工业气流中选择性去除微量乙炔（C₂H₂），将其浓度降至2 ppm以下。这一技术有望替代传统高成本钯基催化剂工艺，为乙烯生产纯化提供更经济、高效的解决方案。相关论文以“Selective chemical looping combustion of acetylene in ethylene-rich streams”为题，发表在Science上。

研究背景

乙烯是塑料工业的核心原料，但其生产过程中常伴随乙炔杂质（浓度可达2.5 wt%）。乙炔会毒化乙烯聚合催化剂，因此需将其浓度控制在2 ppm以下。传统方法依赖钯基催化剂的半氢化反应，但该工艺需高温高压，且易因乙烯过度氢化导致效率下降。此外，钯催化剂成本高昂，合金化改性也难以兼顾选择性与反应速率。

技术突破

研究团队提出了一种全新的化学循环燃烧策略：利用氧化铋的晶格氧选择性激活乙炔分子，使其燃烧为CO₂和H₂O，而乙烯几乎不受影响。实验表明，乙炔燃烧速率常数是乙烯的3000倍，归因于Bi-O位点对乙炔C-H键的异裂活化机制。乙炔因更高的酸性（去质子化能比乙烯低125 kJ/mol），更易在Bi³⁺-O²⁻位点发生反应。