新型催化劑助力乙烯工業(yè)高效凈化
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科技日?qǐng)?bào)沈陽(yáng)4月1日電 (記者楊侖)記者1日從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心獲悉,該中心劉洪陽(yáng)研究員團(tuán)隊(duì)在亞納米尺度原子級(jí)分散金屬加氫催化劑研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,研究團(tuán)隊(duì)通過在富缺陷石墨烯載體上成功構(gòu)筑金屬Pd2雙原子活性位點(diǎn),攻克了工業(yè)乙炔半加氫工藝中高活性與高選擇性難以兼得的難題。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際期刊《自然·通訊》。
乙烯作為年產(chǎn)量超2億噸的大宗化學(xué)品,是聚烯烴工業(yè)的基石。在石腦油蒸汽裂解制乙烯過程中,原料氣中含有的少量乙炔雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重毒化下游聚合催化劑。目前,工業(yè)上普遍采用半加氫工藝脫除乙炔,但乙烯過度加氫生成乙烷在熱力學(xué)上更具優(yōu)勢(shì),傳統(tǒng)納米鈀(Pd)催化劑雖活性高但選擇性差,導(dǎo)致昂貴的乙烯被大量消耗。
劉洪陽(yáng)研究員團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)馬丁院士團(tuán)隊(duì)、重慶大學(xué)孫耿副教授團(tuán)隊(duì)深度合作,利用羧酸鈀鹽分散性的溶劑依賴效應(yīng),在富缺陷石墨烯表面精準(zhǔn)構(gòu)筑了Pd2雙原子活性位點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,該催化劑在100℃下即可實(shí)現(xiàn)乙炔的完全轉(zhuǎn)化,乙烯選擇性高達(dá)93.2%,并在長(zhǎng)達(dá)100小時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試中未見失活,展現(xiàn)出卓越的工業(yè)應(yīng)用潛力。
研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合同步輻射、同位素標(biāo)記及H2-D2交換等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Pd2位點(diǎn)通過增強(qiáng)的金屬性以及雙原子間的協(xié)同作用,實(shí)現(xiàn)了乙炔與氫氣的高效共活化。與此同時(shí),該結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)物乙烯保持了較弱的物理吸附,成功規(guī)避了反應(yīng)物間的競(jìng)爭(zhēng)吸附。
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