甲醇制烃反应机理:基础及应用研究

作     者：刘润泽 邵雪 王畅 戴卫理 关乃佳 Runze Liu;Xue Shao;Chang Wang;Weili Dai;Naijia Guan

作者机构：南开大学材料科学与工程学院国家先进材料研究所天津300350 

出 版 物：《Chinese Journal of Catalysis》 (催化学报（英文）)

年 卷 期：2023年第47卷第4期

页      面：67-92页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(21972069) 中央高校基本科研业务费(南开大学)专项资金 

主　　题：多相催化 甲醇制烃 反应机理 C-C键 沸石分子筛催化剂 

摘      要：甲醇制烃(MTH)反应作为一条非石油可持续路线制备重要的平台化学品,得到学术界和工业界的广泛关注.根据主要产物的不同,MTH反应又分为甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制汽油(MTG)和甲醇制芳烃(MTA).MTO反应已经实现了商业化应用,但其催化效率,即烯烃选择性和催化剂寿命仍有待提高.为开发高效的MTH催化剂,其机理研究得到了研究者的广泛关注.MTH反应稳态阶段的间接机理(即“烃池机理)已达成基本共识,但反应诱导期的第一个C-C键的形成及转化过程一直是该领域具挑战性和争议性的课题.原位谱学技术的发展为探究MTH反应第一个C-C键的形成机理研究带来了机遇,目前,已有多条关于C-C键形成及转化路径的报道.然而,有关MTO反应机理,尤其是第一个C-C键形成及转化为“烃池物种过程的报道和文献总结尚不充分.此外,有关机理研究用于指导高效MTO催化剂设计的文献综述较少.基于该反应重要的基础及应用研究背景,对其进行全面分析总结具有十分重要的意义.本文首先归纳总结了MTH反应的机理研究进展,包括第一个C-C键形成的直接机理、间接机理、“双循环机理(提出及演变过程)以及由直接机理逐步转化为间接机理的完整反应路线.其次,分类概述了如何根据反应机理来指导催化剂优化和设计,进而提高MTH反应的产物选择性和催化剂寿命,主要包括基于MTH反应高活性“烃池物种的分子筛催化剂孔道的择形调控、基于“双循环比例调控的分子筛催化剂酸性(酸密度、分布以及类型)的精确调变以及“烃池活性物种的共进料/预沉积等手段来提高MTH反应的产物选择性和催化剂寿命.最后,总结了目前MTH反应基础和应用研究领域面临的挑战,并对未来MTH发展方向进行了展望,希望能为MTO反应的机理研究及高效MTO催化剂的开发提供理论参考.