近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究團隊在甲醇制烯烴反應(yīng)積炭失活機理方面取得新進展，發(fā)現(xiàn)籠結(jié)構(gòu)分子篩催化甲醇轉(zhuǎn)化的積炭跨籠生長機制。

分子篩催化的石油化工(催化裂化、異構(gòu)化等)和煤化工(甲醇制烯烴、合成氣轉(zhuǎn)化等)等工業(yè)過程在國民經(jīng)濟中具有重要地位，但其酸催化特征導(dǎo)致催化劑易積炭失活。為實現(xiàn)裝置長周期運行，需對催化劑不斷燒炭再生維持其活性。分子篩催化劑積炭失活問題一直受到廣泛的重視，為解決這一問題，需要對催化劑積炭失活的機理有深入的了解。目前，文獻對分子篩積炭的認知歸納為分子篩內(nèi)部簡單的稠環(huán)芳烴物種或分子篩外表面生成石墨化的積炭，難以關(guān)聯(lián)出確切的積炭演變途徑。從分子水平對積炭物種結(jié)構(gòu)進行全譜圖解析并跟蹤積炭物種的演變對了解積炭失活和催化劑再生過程具有重要現(xiàn)實意義。

該研究團隊結(jié)合甲醇制烯烴反應(yīng)，利用高分辨質(zhì)譜與同位素標記技術(shù)相結(jié)合的手段，配合理論計算，成功解析了之前未知的高相對分子質(zhì)量的復(fù)雜積炭分子結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了積炭生長過程中初始積炭基元物種在分子篩籠間的交聯(lián)生長過程，提出了相對完整的甲醇制烯烴反應(yīng)積炭演變路徑：SAPO-34分子篩籠內(nèi)活性烴池物種逐步擴環(huán)、稠環(huán)化生成3～4個環(huán)的積炭前軀體，隨后將這些積炭結(jié)構(gòu)基元通過共價鍵跨籠交聯(lián)，形成多核、類納米石墨烯結(jié)構(gòu)的稠環(huán)芳烴物種。這類跨籠交聯(lián)的稠環(huán)芳烴物種嚴重阻礙反應(yīng)傳質(zhì)，導(dǎo)致催化劑失活。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，跨籠積炭失活行為在其他籠結(jié)構(gòu)分子篩催化體系也普遍存在。