中科院开发合成气制芳烃新路径

    3月31日，从中科院上海高等研究院传出消息，该院高鹏研究员等在合成气温和条件高效制芳烃研究中取得重要突破。该研究团队开发出一种具有工业应用潜力的高性能双功能催化剂，并提出合成气加氢生成芳烃全新的反应路径。

    研究团队构建了鳞片状包裹的纳米中空ZSM-5分子筛并与钴锰铝(CMA)氧化物耦合的双功能催化剂CMA/ZSM-5，提出合成气加氢生成芳烃全新的反应路径。一氧化碳在棱柱状碳化钴表面加氢可以生成C₂~C₄烯烃、C5+烯烃与C₂+含氧化合物。C₂~C₄烯烃通过扩散进入到分子筛孔道中，并发生低聚反应生成长链烯烃，再经环化和芳构化反应生成芳烃。C5+烯烃除了直接发生芳构化反应外，还可在ZSM-5上与一氧化碳反应生成2,4-二甲基苯甲醛；一氧化碳与C₂+含氧化合物亦可在ZSM-5上通过醇醛环化反应转化为对甲苯甲醛。

    这些含氧化合物在分子筛上经过脱水加氢反应后生成芳烃，其中对甲苯甲醛在一氧化碳加氢合成对二甲苯过程中起着至关重要的作用。

    在该研究中，双功能催化剂在温和反应条件下，展现了一氧化碳高转化率、高芳烃选择性与高稳定性，并获得了前所未有的对二甲苯时空产率。团队通过在纳米中空ZSM-5表面外延生长与之具有相同拓扑结构的鳞片状分子筛，在不影响传质的条件下有效地钝化了外表面酸性，促进了对二甲苯的选择性生成。

    实验结果显示，在280℃、催化剂用量每小时1000毫升/克的反应条件下，一氧化碳转化率达70.7%，烃类产物中芳烃选择性大于63.5%，芳烃中对二甲苯的比例高达34.7%，综合性能优于此前报道的催化体系。此外，该催化剂的活性和选择性能够维持700小时以上而未见衰减，展现出优异的工业应用潜力。

    非石油基碳资源经合成气转化制备大宗化学品可缓解我国日益严重的石油短缺状况。芳烃作为最重要的大宗化学品之一，特别是对二甲苯，其下游产品应用在航空航天、国防科技等重要领域。基于耦合催化剂，合成气制芳烃现有两条反应路径：一是甲醇合成催化剂与分子筛耦合经过甲醇中间体制取芳烃；二是将铁基费托合成制烯烃催化剂与分子筛耦合经过烯烃中间体制取芳烃。上述两类耦合催化体系反应条件较为苛刻(320℃~430℃)，且催化剂活性、选择性与稳定性三者难以匹配。