中国科学院大连化学物理研究所发现分子筛催化积炭跨笼生长机制

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究团队在甲醇制烯烃反应积炭失活机理方面取得新进展，发现笼结构分子筛催化甲醇转化的积炭跨笼生长机制。

分子筛催化的石油化工(催化裂化、异构化等)和煤化工(甲醇制烯烃、合成气转化等)等工业过程在国民经济中具有重要地位，但其酸催化特征导致催化剂易积炭失活。为实现装置长周期运行，需对催化剂不断烧炭再生维持其活性。分子筛催化剂积炭失活问题一直受到广泛的重视，为解决这一问题，需要对催化剂积炭失活的机理有深入的了解。目前，文献对分子筛积炭的认知归纳为分子筛内部简单的稠环芳烃物种或分子筛外表面生成石墨化的积炭，难以关联出确切的积炭演变途径。从分子水平对积炭物种结构进行全谱图解析并跟踪积炭物种的演变对了解积炭失活和催化剂再生过程具有重要现实意义。

该研究团队结合甲醇制烯烃反应，利用高分辨质谱与同位素标记技术相结合的手段，配合理论计算，成功解析了之前未知的高相对分子质量的复杂积炭分子结构，系统研究了积炭生长过程中初始积炭基元物种在分子筛笼间的交联生长过程，提出了相对完整的甲醇制烯烃反应积炭演变路径：SAPO-34分子筛笼内活性烃池物种逐步扩环、稠环化生成3～4个环的积炭前躯体，随后将这些积炭结构基元通过共价键跨笼交联，形成多核、类纳米石墨烯结构的稠环芳烃物种。这类跨笼交联的稠环芳烃物种严重阻碍反应传质，导致催化剂失活。进一步的研究发现，跨笼积炭失活行为在其他笼结构分子筛催化体系也普遍存在。