大化所潘秀莲/包信和院士团队:OX-ZEO概念实现合成气高选择性直接制丙烷

  • A+

合成气是碳基能源综合利用的重要平台,C-C偶联的精准调控一直是合成气直接利用中最核心也是最具挑战性的问题,是合成气高效利用的关键。

潘秀莲研究员、包信和院士团队近年来提出了OX-ZEO催化剂设计概念,通过部分还原的金属氧化物和分子筛耦合的纳米复合双功能催化剂,使合成气化学中CO活化与C-C偶联这两个关键步骤有效分离,可高选择性地制备C2=-C4=混合低碳烯烃、乙烯、芳烃和高品质汽油等高附加值产品。

SSZ-39, an AEI topology zeolite with strong acidity, enables direct synthesis of liquefied petroleum gas especially propane from syngas in combination with ZnCrOx as OX-ZEO catalysts

近期,大连化物所潘秀莲研究员、包信和院士团队报道ZnCrOx-SSZ-39双功能催化剂可催化合成气一步法高效转化为液化石油气(LPG),丙烷单组份在烃中选择性可达80%。研究发现分子筛酸强度对于丙烷的选择性起到了决定性作用。

该论文“Selective conversion of syngas to propane over ZnCrOx-SSZ-39 OX-ZEO catalysts” 发表在Journal of Energy Chemistry 期刊上。

研究者将ZnCrOx和SSZ-39耦合作为OX-ZEO双功能复合催化剂用于合成气转化,发现产物中LPG的选择性高达89%,尤其丙烷选择性高达80%。同时反应具有较好的稳定性,近60 h稳定性测试中没有发现明显失活现象。

图1.  ZnCrOx和SSZ-39复合催化剂用于催化合成气转化的反应性能。

对H-SSZ-39进行脱铝以及Na交换处理,可以在不显著改变酸强度的条件下调变分子筛的酸量。反应结果显示,在所考察的条件下,减小SSZ-39的酸量对双功能催化剂的转化率和选择性均无明显影响。进一步与同样具有8元环孔口且笼结构相近的SAPO-34分子筛对比,发现酸量相同,但是酸强度明显更弱的SAPO-34分子筛倾向于生成烯烃产物,证明了酸强度对选择性起到至关重要的调控作用。

图2.修饰后的SSZ-39的(a)NH3-TPD谱图和(b)催化反应性能。

图3.不同分子筛的(a)NH3-TPD谱图和(b)催化反应性能

以丙烯加氢作为模型实验结果显示,两种分子筛均具有加氢性能,但是具有更强酸性的H-SSZ-39表现出更高的烯烃加氢活性。作者推测,不同酸性强度分子筛催化产物分布不同,可能是受其加氢副反应的影响导致。

图4.不同分子筛丙烯加氢模型实验结果

综上所述,该研究报道了ZnCrOx-SSZ-39双功能催化剂可催化合成气一步高效转化为LPG,其中丙烷单组份在烃中选择性可达80%。该研究成果为合成气直接制LPG的发展提供了新的研究思路与重要的科学依据,也再次验证了OX-ZEO催化剂设计概念具有一定普适性。

文章信息

J Energy Chem

Selective conversion of syngas to propane over ZnCrOx-SSZ-39 OX-ZEO catalysts

Gen Li, Feng Jiao, Dengyun Miao, Yong Wang, Xiulian Pan*, Toshiyuki Yokoi, Xiangju Meng, Feng-Shou Xiao, Andrei-Nicolae Parvulescu, Ulrich Müller, Xinhe Bao*

Journal of Energy Chemistry, 36, 141-147 (2019) 

DOI: 10.1016/j.jechem.2019.07.006



weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0