二氧化碳加氫直接生產(chǎn)烯烴、芳烴等研究取得新進(jìn)展

CO2加氫直接轉(zhuǎn)化為烯烴、芳烴等高附加值產(chǎn)品，作為CO2減排的一條重要途徑受到重視。近來科研人員在該領(lǐng)域的研究已取得一些喜人的成果。

中科院大連化物所李燦院士團(tuán)隊(duì)在CO2催化加氫制備芳烴研究方面取得新進(jìn)展，通過串聯(lián)式催化劑體系直接將CO2高選擇性的轉(zhuǎn)化為芳烴（https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.10.027）。研究人員基于CO2在ZnZrO 固溶體上加氫制備甲醇的研究，以及CO2在ZnZrO/SAPO 串聯(lián)體系上加氫制備低碳烯烴（烴類中低碳烯烴的選擇性可達(dá)80%～90%）的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建了ZnZrO/ZSM-5 串聯(lián)催化劑體系，CO2單程轉(zhuǎn)化率為14%時(shí)，烴類中芳烴的選擇性達(dá)到73%～78%。催化劑在100h 的反應(yīng)過程中沒有明顯失活。

2018 年，大連化物所劉中民院士、朱文良研究員、倪友明副研究員研究團(tuán)隊(duì)利用金屬氧化物/分子篩雙功能催化體系，也實(shí)現(xiàn)CO2加氫高選擇性制取芳烴。此前，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)CO2向多種一碳化合物的轉(zhuǎn)化，如CO2加氫制取甲烷、甲醇、二甲醚、甲酸等。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)利用金屬氧化物/分子篩雙功能催化體系，可以制取低碳烯烴、汽油等高附加值的多碳化合物。于是，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種具有納米尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnAlOx氧化物，混配高硅鋁比的某分子篩制成的催化劑，在CO2加氫轉(zhuǎn)化中，實(shí)現(xiàn)了73.9%的芳烴選擇性，甲烷選擇性低至0.4%。

近年，大連化物所孫劍和葛慶杰研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)多活性位催化劑，在CO2加氫直接轉(zhuǎn)化制取汽油餾分烴，線性α-烯烴，低碳烯烴和異構(gòu)烷烴領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)一種多助劑共存的鐵基催化劑，實(shí)現(xiàn)了CO2加氫高選擇性制取線性α-烯烴，CO2單程轉(zhuǎn)化率31%，烯烴選擇性達(dá)72%，C4～C17的線性α-烯烴在烯烴(C4+)中的比例突破80%。該團(tuán)隊(duì)還通過將Na-Fe3O4和HMCM-22 分子篩耦合組成多功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了逆水汽變換、C-C 偶聯(lián)和異構(gòu)化三個(gè)串聯(lián)反應(yīng)的高效協(xié)同催化，成功利用CO2和H2一步、高收率地合成了異構(gòu)烷烴，當(dāng)CO2單程轉(zhuǎn)化率控制在26%左右時(shí)，CO 選擇性僅為17%，烴類中C4+烴選擇性可達(dá)82%，而其中異構(gòu)烷烴占比高達(dá)74%，時(shí)空收率可達(dá)105 mg/(g·h)。

包信和院士和潘秀蓮教授團(tuán)隊(duì)（https://doi.org/10.1016/j.catcom.2019.105711）開發(fā)了一種由ZnO-Y2O3氧化物和SAPO-34 沸石組成的雙功能催化劑，可催化CO2加氫選擇性生成輕烯烴，在390℃下CO2轉(zhuǎn)化率達(dá)27.6%，烴類中輕烯烴選擇性為83.9%，甲烷選擇性為1.8%。

近年，中國科學(xué)院上海高等研究院在CO2加氫直接轉(zhuǎn)化為甲醇、液體燃料、芳烴等研究上也取得了不少新進(jìn)展。該院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造性地采用In2O3/HZSM-5 雙功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了CO2加氫一步轉(zhuǎn)化高選擇性合成液體燃料。烴類產(chǎn)物中汽油烴類組分(C5～C11烴)的選擇性高達(dá)近80%且以高辛烷值的異構(gòu)烴為主，而甲烷選擇性小于1%。最近，該院孫予罕和高鵬研究團(tuán)隊(duì)（ACS Catal,2019,9(5):3866.）發(fā)現(xiàn)鈉改性的尖晶石氧化物ZnFeOx與多級(jí)納米晶HZSM-5 聚集體的組合，可以直接從CO2和H2實(shí)現(xiàn)芳烴的高效合成。CO2轉(zhuǎn)化率為41.2%時(shí)，烴類產(chǎn)物中芳烴選擇性可達(dá)75.6%。此外，CO 和CH4的選擇性通常小于20%。