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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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【中國(guó)科學(xué)報(bào)】合成氣直接轉(zhuǎn)化制低碳烯烴獲重大突破

2017-09-25 中國(guó)科學(xué)報(bào) 陳歡歡

【字體：大中小】

語音播報(bào)

OX-ZEO過程

　　低碳烯烴包括乙烯、丙烯、丁烯，被廣泛用于生產(chǎn)塑料、纖維等，是重要的化工原料，也是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石，傳統(tǒng)上是通過石腦油裂解獲得。由于我國(guó)富煤貧油少氣，因此開發(fā)從煤、天然氣、生物質(zhì)等非石油的碳資源制備低碳烯烴的方法具有重要的戰(zhàn)略意義。

　　合成氣（CO和H2混合氣體）是煤、天然氣等碳資源轉(zhuǎn)化利用的重要平臺(tái)。上世紀(jì)二十年代，德國(guó)科學(xué)家發(fā)明了煤經(jīng)合成氣生產(chǎn)液體燃料的費(fèi)托過程，是目前唯一有效的合成氣直接轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的路徑。然而，該方法的缺陷是目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性低，比如C2-C4烴（含2個(gè)到4個(gè)碳原子數(shù)的烴類，包括烷烴和烯烴）在烴類中的選擇性不超過58%。2012年，C1化學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際知名教授de Jong團(tuán)隊(duì)通過對(duì)費(fèi)托催化劑的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，取得了突破性進(jìn)展，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為小于1.5%時(shí)，低碳烯烴選擇性達(dá)到了61%，轉(zhuǎn)化率達(dá)到88%時(shí)，低碳烯烴的選擇性仍高達(dá)52%。

　　2016年，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員包信和和潘秀蓮領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提出了不同于傳統(tǒng)費(fèi)托過程的新路線（OX-ZEO過程），創(chuàng)造性地采用一種新型的雙功能納米復(fù)合催化劑，可催化合成氣直接轉(zhuǎn)化一步獲得低碳烯烴，選擇性高達(dá)80%，且C2-C4烴類選擇性超過90%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)費(fèi)托過程低碳烴的選擇性理論極限58%，而且在110 小時(shí)的測(cè)試中催化劑性能穩(wěn)定。該催化劑巧妙地使CO分子的活化和中間體C-C偶聯(lián)兩個(gè)關(guān)鍵步驟的催化活性中心有效分離：其中CO和H2分子在部分還原的金屬氧化物缺陷位上吸附活化，生成CH2中間體，活潑的CH2與CO結(jié)合成氣相中間體CH2CO，進(jìn)入分子篩MSAPO酸性孔道的限域環(huán)境中進(jìn)行擇型C-C偶聯(lián)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)定向生成低碳烯烴。研究表明，通過對(duì)分子篩孔道結(jié)構(gòu)和酸性質(zhì)的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分子的可控調(diào)變。另一方面，通過CO替代H2來消除烴類形成中多余的氧原子，在反應(yīng)不改變CO2總排放的情況下，原理上可以摒棄高耗能和高耗水的水煤氣變換制氫反應(yīng)，降低化學(xué)反應(yīng)本身的能耗和水耗。這為進(jìn)一步發(fā)展我國(guó)煤轉(zhuǎn)化制低碳烯烴戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)開辟了一條新的技術(shù)路線。

　　該研究成果于2016年發(fā)表在《科學(xué)》上，該雜志同期刊發(fā)了de Jong以《令人驚奇的選擇性》為題的評(píng)述文章，認(rèn)為OX-ZEO過程未來在工業(yè)上將具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2017-09-25 第6版基金)

OX-ZEO過程
　　低碳烯烴包括乙烯、丙烯、丁烯，被廣泛用于生產(chǎn)塑料、纖維等，是重要的化工原料，也是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石，傳統(tǒng)上是通過石腦油裂解獲得。由于我國(guó)富煤貧油少氣，因此開發(fā)從煤、天然氣、生物質(zhì)等非石油的碳資源制備低碳烯烴的方法具有重要的戰(zhàn)略意義。
　　合成氣（CO和H2混合氣體）是煤、天然氣等碳資源轉(zhuǎn)化利用的重要平臺(tái)。上世紀(jì)二十年代，德國(guó)科學(xué)家發(fā)明了煤經(jīng)合成氣生產(chǎn)液體燃料的費(fèi)托過程，是目前唯一有效的合成氣直接轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的路徑。然而，該方法的缺陷是目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性低，比如C2-C4烴（含2個(gè)到4個(gè)碳原子數(shù)的烴類，包括烷烴和烯烴）在烴類中的選擇性不超過58%。2012年，C1化學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際知名教授de Jong團(tuán)隊(duì)通過對(duì)費(fèi)托催化劑的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，取得了突破性進(jìn)展，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為小于1.5%時(shí)，低碳烯烴選擇性達(dá)到了61%，轉(zhuǎn)化率達(dá)到88%時(shí)，低碳烯烴的選擇性仍高達(dá)52%。
　　2016年，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員包信和和潘秀蓮領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提出了不同于傳統(tǒng)費(fèi)托過程的新路線（OX-ZEO過程），創(chuàng)造性地采用一種新型的雙功能納米復(fù)合催化劑，可催化合成氣直接轉(zhuǎn)化一步獲得低碳烯烴，選擇性高達(dá)80%，且C2-C4烴類選擇性超過90%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)費(fèi)托過程低碳烴的選擇性理論極限58%，而且在110 小時(shí)的測(cè)試中催化劑性能穩(wěn)定。該催化劑巧妙地使CO分子的活化和中間體C-C偶聯(lián)兩個(gè)關(guān)鍵步驟的催化活性中心有效分離：其中CO和H2分子在部分還原的金屬氧化物缺陷位上吸附活化，生成CH2中間體，活潑的CH2與CO結(jié)合成氣相中間體CH2CO，進(jìn)入分子篩MSAPO酸性孔道的限域環(huán)境中進(jìn)行擇型C-C偶聯(lián)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)定向生成低碳烯烴。研究表明，通過對(duì)分子篩孔道結(jié)構(gòu)和酸性質(zhì)的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分子的可控調(diào)變。另一方面，通過CO替代H2來消除烴類形成中多余的氧原子，在反應(yīng)不改變CO2總排放的情況下，原理上可以摒棄高耗能和高耗水的水煤氣變換制氫反應(yīng)，降低化學(xué)反應(yīng)本身的能耗和水耗。這為進(jìn)一步發(fā)展我國(guó)煤轉(zhuǎn)化制低碳烯烴戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)開辟了一條新的技術(shù)路線。
　　該研究成果于2016年發(fā)表在《科學(xué)》上，該雜志同期刊發(fā)了de Jong以《令人驚奇的選擇性》為題的評(píng)述文章，認(rèn)為OX-ZEO過程未來在工業(yè)上將具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)力。
　　（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2017-09-25 第6版基金)

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