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中國科學(xué)院成功實(shí)現(xiàn)甲烷高效轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙烯等化學(xué)品

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)基于“納米限域催化”新概念，創(chuàng)造性地構(gòu)建了硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了甲烷在無氧條件下的選擇活化，一步高效生產(chǎn)乙烯、芳烴和氫氣等高價(jià)值化學(xué)品。相關(guān)成果發(fā)表在2014年5月9日出版的《Science》雜志上。同時(shí)，已在美國、俄羅斯、日本、歐洲和中東等國家和地區(qū)申請相關(guān)專利。

該研究團(tuán)隊(duì)在二十多年甲烷催化轉(zhuǎn)化研究基礎(chǔ)上，將具有高催化活性的單中心低價(jià)鐵原子通過兩個(gè)碳原子和一個(gè)硅原子鑲嵌在氧化硅或碳化硅晶格中，形成高溫穩(wěn)定的催化活性中心；甲烷分子在配位不飽和的單鐵中心上催化活化脫氫，獲得表面吸附態(tài)的甲基物種，進(jìn)一步從催化劑表面脫附形成高活性的甲基自由基，在氣相中經(jīng)自由基偶聯(lián)反應(yīng)生成乙烯和其它高碳芳烴分子，如苯和萘等。當(dāng)反應(yīng)溫度為1 090 ℃，每克催化劑上甲烷的流量為21 Lh時(shí)，甲烷的單程轉(zhuǎn)化率高達(dá)48.1%，生成產(chǎn)物乙烯、苯和萘的選擇性大于99%，其中生產(chǎn)乙烯的選擇性為48.4%。在測試的60 h內(nèi)，催化劑保持了極好的穩(wěn)定性。與天然氣轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)路線相比，該研究徹底摒棄了高耗能的合成氣制備過程，大大縮短了工藝路線，反應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的零排放，碳原子利用效率達(dá)到100%。

業(yè)內(nèi)人士評(píng)價(jià)稱，該“納米限域催化”新理論的具體應(yīng)用，為甲烷催化選擇轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)研究提供了新的思路，使甲烷直接轉(zhuǎn)化研究邁出嶄新的一步，可能成為未來產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，國內(nèi)外的多家能源和化學(xué)公司都對(duì)這一產(chǎn)業(yè)變革性技術(shù)表現(xiàn)出極大的興趣。

[中國石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿]