Stærk koordinationsinteraktion identificeret som værende gunstig til at fremme ethanoldehydrogenering

Butadien, en af ​​de vigtigste lette olefiner i den petrokemiske industri med en global produktionskapacitet på 18 millioner tons om året, produceres i øjeblikket gennem ekstraktiv destillation af C₄ fraktioner fra naphthadampkrakningsprocesser eller dehydrogenering af C₄ kulbrinter, som begge involverer et stort energiforbrug og betydelig udledning af CO₂ .

Den stigende efterspørgsel på markedet har vakt stor interesse for egenproduktion af disse råvarer. En alternativ vej til direkte fremstilling af butadien ved brug af ethvert bæredygtigt råmateriale er derfor ønskværdigt og fremtidsrettet.

Ethanol, som en kulstofneutral ressource, kan i princippet gennemgå C-C-bindingsdannelse for at give butadien bæredygtigt. Traditionelle katalytiske systemer er blevet klassificeret i to kategorier:gruppe 4 og 5 overgangsmetaller og MgO-SiO₂ .

Blandt rapporterede katalysatorer er Zn-Y/Beta særligt bemærkelsesværdig på grund af dens gode selektivitet for butadien (>60%). Selvom der blev gjort store anstrengelser i denne retning, forbliver den konstante produktion af butadien fra ethanol under milde reaktionsbetingelser en uløst udfordring, som generelt fører til hurtig deaktivering. En anden vanskelighed for butadiendannelse er, at dehydreringen ofte konkurrerer med dehydrogeneringsreaktionen over Lewis sur katalysator.

Et forskerhold ledet af prof. An-Hui Lu fra Dalian University of Technology, Kina, har rapporteret om den første kobolt-doterede yttriumphosphat (Co-YPO₄ ) katalysator, til foretrukken aktivering af ethanol til dannelse af acetaldehyd og efterfølgende C-C kobling og dehydrering til butadien. Katalysatoren udviste 68,5 % selektivitet over for butadien i en ethanolomdannelse på 78,2 % ved 350 °C og derved tæt på 61 % udbytte til total olefin (butadien og ethen). Værket er publiceret i Chinese Journal of Catalysis .

Kombineret med forskellige in situ karakteriseringer, en stærk koordinationsinteraktion mellem Co ²⁺ sites og fosfatgruppen på YPO₄ er blevet identificeret som værende gunstige til at forbedre ethanol-dehydrogeneringsydelsen.

YPO₄ overfladen blottede Y ³⁺ site, som effektivt kan katalysere C-C koblingsreaktionen. Gennem kombinationen af ​​Co- og Y-arterne i én katalysator, dvs. Co-YPO₄ , kunne den synergistiske effekt af de bifunktionelle steder opnås.

Flere oplysninger: Bai-Chuan Zhou et al., PO43 – koordinerede Co2+-arter på yttriumphosphat, der øger valoriseringen af ​​ethanol til butadien, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64567-X

Leveret af Chinese Academy of Sciences