顆粒在線訊：近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所低碳催化與工程研究部（DNL12）研究員、中國工程院院士劉中民團(tuán)隊(duì)提出了二氧化碳（CO2）與烷烴耦合制備芳烴大宗化學(xué)品的新途徑。研究發(fā)現(xiàn)使用酸性分子篩作為催化劑，可催化CO2與輕質(zhì)烷烴發(fā)生耦合反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)芳烴的生成，產(chǎn)物中芳烴選擇性高達(dá)80%，進(jìn)一步證實(shí)部分CO2的碳原子直接進(jìn)入了芳烴產(chǎn)物。

　　CO2作為碳資源的規(guī)?；吒郊又道檬菍?shí)現(xiàn)其減排的重要方向。然而，由于其熱力學(xué)穩(wěn)定，以CO2為原料高效轉(zhuǎn)化為大宗化學(xué)品頗具挑戰(zhàn)。目前主要通過石腦油催化重整等石化路線進(jìn)行生產(chǎn)，存在原料和目標(biāo)產(chǎn)品之間碳?xì)洳黄胶獾膯栴}。引入CO2與富氫的烷烴耦合調(diào)控其反應(yīng)的碳?xì)淦胶?，提高目?biāo)產(chǎn)物選擇性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用，對傳統(tǒng)芳烴生產(chǎn)技術(shù)具有重要意義。此前較多研究嘗試采用CO2與烷烴反應(yīng)，將CO2轉(zhuǎn)化為CO并減少氫氣的生成，但均認(rèn)為CO2的碳原子沒有進(jìn)入烴類產(chǎn)物中。

　　本工作以H-ZSM-5分子篩為催化劑，對比研究了正丁烷、正戊烷和正己烷在氦氣和CO2氣氛中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并探討了反應(yīng)溫度、CO2/n-butane比例、接觸時(shí)間、分子篩酸性等條件對耦合反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，CO2的引入可大幅促進(jìn)芳烴的生成，同時(shí)甲烷和乙烷等小分子烷烴的生成受到抑制。研究發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化條件下，CO2/n-butane比例為0.475時(shí)，CO2和n-butane轉(zhuǎn)化率可分別達(dá)17.5%和100%，芳烴選擇性高達(dá)80%。結(jié)合13C同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，研究證實(shí)已轉(zhuǎn)化CO2中的碳原子約25%進(jìn)入芳烴，約75%轉(zhuǎn)化為CO。研究對反應(yīng)后的催化劑進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大量甲基取代的內(nèi)酯和甲基取代的環(huán)烯酮等含氧物種。同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些含氧中間體由CO2與烴類耦合轉(zhuǎn)化生成。該團(tuán)隊(duì)通過一系列驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證實(shí)了耦合反應(yīng)發(fā)生的途徑，即CO2與碳正離子反應(yīng)得到環(huán)內(nèi)酯，環(huán)內(nèi)酯進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲基環(huán)烯酮，甲基環(huán)烯酮轉(zhuǎn)化為芳烴產(chǎn)物。密度泛函理論計(jì)算了耦合反應(yīng)機(jī)理各步驟的能壘，驗(yàn)證了耦合反應(yīng)機(jī)理的可行性。該研究提出的耦合反應(yīng)為CO2大規(guī)模資源化利用提供了有效的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　相關(guān)研究成果以An efficient way to use CO2 as chemical feedstock by coupling with alkanes為題，發(fā)表在《催化學(xué)報(bào)》（Chinese Journal of Catalysis）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。

大連化物所提出二氧化碳大規(guī)模資源化耦合利用新途徑