甲醇制烯烃（MTO）是以非石油原料（煤、天然气、生物质、CO2等）为原料生产乙烯和丙烯的最重要的催化过程。尽管在过去几十年中，MTO的基础研究和应用研究均取得了重要进展，但在MTO中同时获得具有长催化剂寿命和高的轻质烯烃选择性仍然是一个巨大的挑战。

近日，中科院大连化物所刘生忠研究员，叶茂研究员报道了一种再生策略，在工业上重要的SAPO-34沸石的纳米受限空间内，将焦炭定向转化为活性HCP。

文章要点

1）研究人员首先进行了密度泛函理论（DFT）计算，发现有利于乙烯形成的萘类物种在高温下的CHA腔内可保持空间稳定。因此，失活催化剂中的焦炭，主要是多环芳烃（PAHs），原则上可以通过高温热裂解转化为萘类物种。基于此，研究人员在高温下用氮气吹扫焦化的SAPO-34催化剂，获得富含萘物种的SAPO-34沸石，其显示出高的轻烯烃选择性，但甲醇转化率较差差。

2）通过密度泛函理论（DFT）计算，研究人员进一步研究了两种常用于PAHs的介质，即氢气和水蒸汽。能垒比较表明，尽管水蒸气是MTO的主要副产物，但在SAPO-34沸石中，然而其更能有效地将焦炭裂解成萘物种。

3）实验结果显示，SAPO-34沸石中的焦炭通过水蒸气裂解定向转化为萘物种，不仅恢复了催化剂的活性，而且提高了MTO反应中轻烯烃的选择性。此外，焦炭的蒸汽裂解仅释放少量烟道气形式的副产物，主要由有价值的合成气（H2和CO）组成，温室气体CO2可忽略不计。此外，在流化床反应器-再生器中试装置中的结果显示，该策略能够显著提高工业MTO工艺的经济性和可持续性。

参考文献

Zhou, J., Gao, M., Zhang, J. et al. Directed transforming of coke to active intermediates in methanol-to-olefins catalyst to boost light olefins selectivity. Nat Commun 12, 17 (2021).

DOI：10.1038/s41467-020-20193-1

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20193-1