有助於CO2於單一反應器合成低階烯烴之串聯型觸媒

 

刊登日期:2021/12/21
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日本茨城大學開發了一項藉由一次處理(1個反應器)即可將二氧化碳轉換成低階烯烴的「串聯型(Tandem)」觸媒。研究團隊表示是採用不同的觸媒將二氧化碳氫化取得甲醇的前段反應與利用甲醇製造有用物質的後段反應予以物理性連結。雖然過去亦有利用串聯型觸媒的嘗試,此次則是透過將沸石(Zeolite)的種類變更為絲光沸石(Mordenite),進而提高了產收率。

為了實現碳中和願景,利用二氧化碳做為碳源與氫反應製備甲醇,進而轉化為工業上有用的化學物質的相關研究日漸盛行,且讓前段反應與後段反應連續執行的發想也時有所聞,但要讓反應器條件相互符合實有其困難度。例如前段反應是以250℃執行,而後段反應的運作溫度則是400℃;適用觸媒方面也有所不同,前段使用金屬氧化物而後段則多用沸石。不過近期可因應高溫帶的金屬氧化物利用漸受關注,應用於與沸石結合的串聯型觸媒的相關研究報告也日漸增加。

為了取得乙烯、丙烯等低階烯烴,大多採用孔隙較小的沸石「ZSM–5」或「SAPO–34」,此次研究團隊則是選用了絲光沸石做為與金屬氧化物(鋅與鋯的混合氧化物)相連結的串聯型觸媒。絲光沸石是沸石的一種,孔隙較大,過去多應用於高級烴類(Higher Hydrocarbon)的取得。

然而經過實際驗證,相較於其他沸石,利用絲光沸石可以獲得較高的低階烯烴產收率,且不需要之高階烴類的生成也停止了。研究團隊推測其理由在於反應條件。一般甲醇變性反應中,當原料氣體中的甲醇濃度越低,越容易獲得低階烯烴,因此將二氧化碳的氫化做為前段反應、甲醇變性做為後段反應予以一體化後,甲醇稀薄化後即開始後段反應,進而促使低階烯烴易於形成。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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