蘭州化物所在異丁烷脫氫制異丁烯研究中獲進展

2021-01-10 瀟湘晨報

低碳烯烴是一種重要的基礎化工原料，其需求量持續增長。通過將烷烴轉化為烯烴，可提高油氣資源的綜合利用和減少烯烴對石油裂解路線的依賴。

中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室研究員醜凌軍團隊長期致力於低碳烷烴的選擇氧化研究。前期，研究人員分別用大孔MOF和軟模板法，製備出介孔Cr/Al氧化物催化劑（Microporous and Mesoporous Materials；Applied Catalysis A：General；Catalysis Communications；Journal of Energy Chemistry），發現通過調控催化劑上Cr3+/Cr6+摩爾比，可實現對異丁烯選擇性調控。由於Cr系催化劑存在環境危害問題，研究人員將目光轉向非貴金屬、綠色新催化體系，先後進行對Mo系（Catalysis Science and Technology）、Fe（Zn）系介孔催化劑的研究（Microporous Mesoporous Materials；RSC Advances；Catalysis Letters），發現催化劑上的酸位點對脫氫活性及選擇性的調控起重要作用。

近期，研究人員採用Fe-ZIF-8為前驅體，直接合成多孔氮摻雜碳負載Fe催化劑（Fe-N-C），分別用於異丁烷直接脫氫和二氧化碳氧化脫氫，進一步認識脫氫活性中心（Microporous and Mesoporous Materials）。此外，研究人員還利用MgO作為模板劑，製備出多級孔結構的氮摻雜鐵酸鎂-碳（MgFe2O4/N-C）複合材料，該材料具有大的比表面積及酸鹼雙功能位點。在異丁烷/二氧化碳的氧化脫氫反應中，與活性炭負載的MgFe2O4催化劑相比，展現出更優異的催化活性。進一步的反應機理研究表明，對於含有酸鹼雙功能的催化劑，表面的酸性位點用於異丁烷分子的活化，鹼性位點用於CO2分子的活化及α-H的奪取。相關研究成果發表在Applied Surface Science上。

上述研究為開發高效非貴金屬、綠色低碳烷烴脫氫催化劑提供新思路。研究工作得到國家自然科學基金面上項目和青年基金項目、中科院青年創新促進會、江蘇省前瞻性聯合研究項目、蘭州化物所「一三五」重大突破項目和羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室等的支持。

圖1.介孔材料在異丁烷脫氫反應中的應用

圖2.異丁烷/二氧化碳在MgFe2O4/N-C催化劑上脫氫制異丁烯

【來源：蘭州化學物理研究所】

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