碱处理高硅ZnZSM-5用于乙烷氧化脱氢反应
韩欣茹1
温皓珏2
张莉娜3
魏伟3
孙楠楠3
1.中国科学院上海高等研究院 低碳转化科学与工程中心,上海 201210;中国科学院上海高等研究院 二氧化碳光子科学建制化研究中心,上海 201210;中国科学院大学,北京,1000492.中国科学院上海高等研究院 低碳转化科学与工程中心,上海 201210;中国科学院上海高等研究院 二氧化碳光子科学建制化研究中心,上海 201210;西南石油大学 化学化工学院,四川 成都 6105003.中国科学院上海高等研究院 低碳转化科学与工程中心,上海 201210;中国科学院上海高等研究院 二氧化碳光子科学建制化研究中心,上海 201210;中国科学院上海高等研究院低碳催化与二氧化碳利用国家重点实验室,上海 201210
摘要：CO2 氧化乙烷脱氢制乙烯在实现 CO2 资源化利用的同时可从源头减排和末端利用 2 方面实现乙烯工业的低碳化生产.因此研究CO2 氧化乙烷脱氢制乙烯不仅具有重要的理论意义,而且具有广阔的工业应用前景.高硅ZSM-5 分子筛凭借其可调控的酸性、卓越的稳定性以及独特的孔道结构,被视为乙烷氧化脱氢反应的理想载体,但是其Si与Al物质的量比显著影响催化剂酸性位点分布及金属物种分散性.碱处理方法可选择性除去分子筛骨架中的Si或Al,从而改变其酸性.通过调控碱处理ZSM-5 载体温度(40、60、80℃)调变沸石分子筛的酸碱性,并在碱处理后的ZSM-5 上引入锌活性位点,采用X射线衍射、氮气物理吸脱附试验、场发射扫描电子显微镜、高角环形暗场扫描透射电子显微镜、能量色散X射线光谱、电感耦合等离子体发射光谱、NH3-程序升温脱附、紫外-可见吸收光谱和X射线光电子能谱等方法对催化剂进行了物性表征,并用固定床反应器评价催化剂对乙烷氧化脱氢制乙烯的催化性能,最终建立了ZnZ5-270-T催化剂的构效关系.结果表明:碱处理优先脱除ZSM-5 骨架中的硅物种,成功在ZSM-5 中引入介孔,形成多级孔结构.这种结构使得碱处理后的ZnZ5-270-T催化剂的锌负载量增加.同时碱处理可改变ZnZ5-270-T锌物种类型,使锌物种由ZnO转变为具有更高催化活性的ZnOH+.通过分析反应产物的H2/C2H4 和CO/C2H4 物质的量比,揭示了ZnZ5-270-T催化剂的反应网络,表明所有催化剂均以间接氧化脱氢为主要反应路径.研究还发现锌物种的流失可能是催化剂失活的主要原因.
关键词：碱处理乙烷氧化脱氢锌物种酸碱性反应网络
分类号：O643(物理化学（理论化学）、化学物理学)
资助基金：中国科学院战略性先导科技专项(XDA29040900)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 60-72 )
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