大连化物所实现控制分子筛表面传质阻力调控甲醇制烯烃反应

撰稿: 大连化学物理研究所 发布时间:2020-09-11

  近日,中国科学院大连化学物理研究所甲醇制烯烃国家工程实验室研究员叶茂、副研究员李华、院士刘中民团队在分子筛表面传质研究中取得新进展,通过控制SAPO-34分子筛的表面阻力,实现了对甲醇制烯烃(MTO)反应的催化寿命以及低碳烯烃选择性的调控。

  分子筛因其优异的择形选择性而被广泛应用于多相催化与气体分离等领域。近期研究表明,分子筛晶体内部扩散阻力和表面阻力是客体分子传质阻力的两个重要来源。目前,分子筛的传质研究往往聚焦于晶体内部的自扩散,而客体分子的表面扩散行为却常被忽视。表面阻力与晶体表面特征相关,很多过程中客体分子表面阻力被认为是分子筛传质的主导因素。但是,定量描述分子筛表面传质阻力对催化反应的影响,以及通过直接控制表面阻力来调控分子筛催化性能仍是催化反应工程研究的一个重要挑战。

大连化物所实现控制分子筛表面传质阻力调控甲醇制烯烃反应

  该团队利用化学液相沉积法与酸蚀技术修饰了SAPO-34分子筛的晶体外表面。根据前期所提出的表面渗透率公式,该团队直接测定了修饰前后的分子筛的表面渗透率,定量得到了分子筛的表面传质阻力。与此同时,采用该方法修饰分子筛外表面过程中,分子筛形貌、内部孔道结构、酸性质与晶内扩散性质几乎不变。研究发现,控制相关客体分子在分子筛晶体上的表面传质能力,降低其表面阻力,有助于加快客体分子进出分子筛晶体,最终实现延长分子筛寿命,提高低碳烯烃选择性。

  本工作通过定量改变表面阻力来控制MTO催化反应的性能,一方面揭示了表面阻力在分子筛催化中具有十分重要的作用,另一方面展示了控制反应和扩散这一对介尺度作用机制可直接调控分子筛催化反应性能的新思路。该工作得到了两个审稿人的高度认可,分别被评价为“Highly important”和“Very important”。

  相关研究成果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。上述研究工作得到国家自然科学基金“多相反应过程中的介尺度机制及调控”重大研究计划集成项目的资助。