作者:孙启明等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2017/9/19 13:34:43
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综述:甲醇制烯烃反应中SAPO-34分子筛催化剂的最先进合成策略

 

乙烯和丙烯等低碳烯烃作为基础原料,在石油化工及精细化学品合成等领域有着重要而广泛的应用。然而,石油资源的日益紧缺,迫使人们寻找一种不依赖于石油资源制备低碳烯烃的途径。截至目前,甲醇制烯烃(MTO)反应被认为是最成功且最具前景的采用非石油路径生产低碳烯烃的方法。它以储量丰富的煤、天然气以及生物质为原材料,最终生产出乙烯和丙烯等低碳烯烃,极大地缓解了石油资源的短缺与匮乏。因而,在最近的几十年间,MTO催化反应得到了国内外科学家们的广泛关注。尤其在2010年,世界首套年产60万吨的MTO装置在中国建成并试车成功,这在煤基甲醇制烯烃工业化进程中具有里程碑式的意义,也标志着我国在煤基甲醇制烯烃领域已处于国际领先地位。

分子筛由于其分子尺寸规则的孔道结构、独特的择形催化选择性以及适宜的酸性,在石油化工领域,尤其是固体酸催化方面有着重要的应用。截至目前,具有CHA拓扑结构的硅取代磷酸铝分子筛SAPO-34在MTO催化反应中展现出最优异的催化性能。然而,在MTO催化反应中,SAPO-34分子筛外表面以及笼和孔道中易于形成体积较大的积碳类物质,极易导致催化剂失活。具有纳米尺寸以及多级孔道结构的SAPO-34分子筛可以显著地提高反应物以及产物在晶体内部的扩散速率,有效地减少积碳的生成速率,进而延长催化剂的催化寿命以及提高低碳烯烃的选择性。

近期,《国家科学评论》发表了由吉林大学孙启明博士、于吉红教授及中国石油化工集团公司谢在库教授等人撰写的综述文章“The State-of-the-Art Synthetic Strategies for SAPO-34 Zeolite Catalysts in Methanol-to-Olefin Conversion”(https://doi.org/10.1093/nsr/nwx103)。该综述详细地展示了当前制备具有纳米尺寸以及多级孔道结构的SAPO-34分子筛催化剂最先进的合成策略,包括:混合模板法、干凝胶/浓凝胶合成法、微波辅助合成法、超声辅助合成法、及重晶化或晶种辅助合成法等制备纳米SAPO-34分子筛催化剂的方法;软模板法,硬模版法、后处理法、氟离子导向法及无溶剂合成法等制备多级孔SAPO-34分子筛催化剂的方法。在介绍上述方法的同时,该综述还着重讨论了高性能SAPO-34分子筛催化剂的制备理念以及近二十余年间SAPO-34分子筛催化剂应用于MTO工业化反应的相关内容。

此外,文章结合当前研究现状,指出了目前制备具有纳米尺寸以及多级孔道结构的SAPO-34分子筛催化剂存在的问题与挑战,并提出了该领域未来的发展前景与方向。文章强调,随着MTO反应工业化的不断推进,必将促进高性能SAPO-34分子筛催化剂合成技术的不断革新与提升,而SAPO-34分子筛催化剂在合成方面的持续创新与进步,也必将带动未来MTO工业化的不断发展与繁荣。(来源:科学网)

 
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