【催化】大连化物所刘中民院士团队JACS：组合策略实现高选择性对二甲苯和低碳烯烃联产- 大数跨境

【催化】大连化物所刘中民院士团队JACS：组合策略实现高选择性对二甲苯和低碳烯烃联产

X-MOL资讯

2024-03-29

导读：中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士团队魏迎旭研究员、于政锡研究员、韩晶峰副研究员在对甲醇制烯烃过程的深刻认识基础上，建立甲醇甲苯耦合反应体系并对该过程反应机理进行了深入研究。

分子筛择形催化是主客体化学的一个成功案例。分子筛催化甲醇转化过程提供了一种从非石油资源制造基本石化产品的替代途径。时至今日，已经实现了从甲醇高选择性地有效转化制取烯烃、芳烃、汽油等。ZSM-5作为最早实现甲醇转化的十元环交叉孔道分子筛催化剂，被应用于甲醇制丙烯、甲醇制芳烃等过程。

中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士团队魏迎旭研究员、于政锡研究员、韩晶峰副研究员在对甲醇制烯烃过程的深刻认识基础上，建立甲醇甲苯耦合反应体系并对该过程反应机理进行了深入研究。在此基础上，通过组合调控策略实现对单一分子筛催化的烯烃、芳烃选择性的同时调控，实现高选择性生产乙烯、丙烯、对二甲苯等高附加值产品。其中乙烯、丙烯可以进一步生产聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），而乙烯下游产物乙二醇（EG）和对二甲苯下游产物精对苯二甲酸（PTA）可以进一步生产聚酯（PET）。这种高效的耦合路线对聚烯烃和聚酯工业的原料合成具有重要的指导意义，同时组合调控策略的建立为复杂催化过程中多种目标化学品的联合生产提供了模型案例，基于此策略的世界首套甲醇耦合工业示范装置正在建设中，将在大规模的甲醇耦合工业过程中得到推广和应用。论文第一作者为大连化物所博士研究生吴一墨。通讯作者为刘中民院士和魏迎旭研究员。

论文要点：

（1）构建甲醇甲苯耦合反应体系，通过甲醇甲苯共进料反应实现产物烯烃选择性调控。基于¹³C同位素标记实验，建立甲醇甲苯耦合反应路径。结合原位UV-Raman技术揭示调控机制、优化调控策略。产物烯烃和二甲苯并不完全由反应物甲醇甲苯的单独转化或烷基化反应生成，耦合反应路径同时促进生成乙烯和对二甲苯两种目标产物。

（2）首次直接捕获甲烯基环戊二烯/环己二烯关键烃池物种（MM⁼CP⁼⁼, MM⁼CH⁼⁼），结合理论计算建立耦合反应催化循环，丰富了ZSM-5分子筛上甲醇转化的碳正离子化学和反应机理。建立甲醇甲苯耦合反应体系的完整反应网络，指导耦合体系反应路径和产物分布调控。由甲苯引入的流动芳烃烃池物种促进ZSM-5分子筛上乙烯产物的生成。

（3）采用外延生长和硅烷化方法对HZSM-5分子筛进行联合改性，实现了对二甲苯的高选择性生产。与以往研究中采用的改性方法相比，在保持高对二甲苯选择性的同时，保持了优异的反应物活性。通过多种表征技术揭示改性过程实现产物选择性提升的机制。改性过程实现了外表面酸性位点的有效覆盖，增强反应物和目标产物扩散性能，同时提高对副产物的扩散阻力。

（4）在硅改性的单一ZSM-5催化剂上实现了低碳烯烃(乙烯为主)和对二甲苯两类高附加值化学品的高效联产。为塑料和聚酯工业原料提供了新的合成路线，也为复杂反应体系中同时对多目标产物进行选择性调控提供模型案例。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Combined Strategies Enable Highly Selective Light Olefins and para-Xylene Production on Single Catalyst Bed

Yimo Wu, Jingfeng Han, Wenna Zhang, Zhengxi Yu, Kunyuan Wang, Xudong Fang, Yingxu Wei*, Zhongmin Liu*

J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 8086–8097, DOI: 10.1021/jacs.3c12087

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