PDH催化剂研究获重大突破!中国石油大学(北京)最新成果刊登Nature

作者：学术桥Acabridge 发布时间：2021-11-12

最新研究的PDH催化剂使丙烯生产率提升3倍，有望大幅降低PDH生产成本

丙烷脱氢 (PDH) 制丙烯是油基裂化工艺的重要替代方法，可用于生产这种具有重要工业意义的平台化学品。利用含 Cr或含 Pt催化剂的商业 PDH 技术受到 Cr(VI) 化合物的毒性或需要使用对生态有害的氯催化剂再生。

2021年11月10日，中国石油大学（北京）姜桂元，德国莱布尼茨催化研究所焦海军及Evgenii Kondratenko共同通讯在Nature 在线发表题为“In situ formation of ZnOx species for efficient propane dehydrogenation”的研究论文，该研究介绍了一种基于商用 ZnO 的环境相容性负载催化剂的制备方法。这种金属氧化物和载体（沸石或普通金属氧化物）用作物理混合物或以两层的形式使用，ZnO 作为上游层。

负载型 ZnOx 物质是通过载体 OH 基团与 ZnO 在 550 °C 以上还原处理后生成的 Zn 原子反应原位形成的。使用不同的互补表征方法，该研究确定了有缺陷的 OH 基团对形成活性 ZnOx 物质的决定性作用。相同条件（丙烯选择性相似）下，所开发的ZnO-silicalite-1 催化剂的丙烯生产率是 商业化K-CrOx/Al2O3 的三倍！此外，该方法不仅表现出较高的丙烷转化率，还具有普适性和大规模化应用的潜力，有望 大幅降低PDH的工业生产成本 ！

该研究在催化剂经济性、活性方面取得突破

在环境可持续性要求的鼓励下，工业界和学术界都在寻找生态友好的 PDH 催化剂。最有前途的材料是基于 V、Ga、Zr或 Co的氧化物。含锌催化剂也进行了测试，但显示出商业上没有吸引力的性能。迄今为止开发的几乎所有负载型催化剂的一个普遍缺点是它们的经济效率低下，因为复杂的制备方法通常需要昂贵的化学品。此外，活性负载物质的结构会发生不可逆的反应引起的变化，导致不可改变的催化剂失活。

在上述背景下，该研究的目的是提供一种具有大规模应用潜力的制备方法，使用市售的 ZnO 和氧化载体来生产具有工业相关活性、耐久性和选择性的催化剂。与之前的相关研究相比，该研究简单地测试了 ZnO（8wt%）和非酸性 SiO2 材料（silicalite-1（ S-1_1)、silicalite-2 (S-2)、MCM-41、SBA-15 或非结构化 SiO2) 以阻止不需要的副反应。

物理混合物的活性取决于载体和预处理的种类。在丙烷流中，在 1.5 小时内，氧化 ZnO-S-1_1 上的丙烷转化率 (X(C3H8)) 从 6% 增加到 24%，而在 550 ° 下在 H2/N2 = 1 中处理后直接实现了约 30% 的高转化率，其他氧化或还原混合物显示低活性。因此，当测试 ZnO-S-1_1 时，催化活性物质必须在反应条件下或还原处理下 ZnO 和 S-1_1 之间的相互作用时形成。