洁净煤技术

作者：韩欣茹, 温皓珏, 张莉娜, 魏伟, 孙楠楠

关键词：碱处理,乙烷氧化脱氢,锌物种,酸碱性,反应网络

CO2 氧化乙烷脱氢制乙烯在实现 CO2 资源化利用的同时可从源头减排和末端利用2方面实现乙烯工业的低碳化生产。因此研究CO2 氧化乙烷脱氢制乙烯不仅具有重要的理论意义，而且具有广阔的工业应用前景。高硅ZSM-5分子筛凭借其可调控的酸性、卓越的稳定性以及独特的孔道结构，被视为乙烷氧化脱氢反应的理想载体，但是其Si与Al物质的量比显著影响催化剂酸性位点分布及金属物种分散性。碱处理方法可选择性除去分子筛骨架中的Si或Al，从而改变其酸性。通过调控碱处理ZSM-5载体温度（40、60、80 ℃）调变沸石分子筛的酸碱性，并在碱处理后的ZSM-5上引入锌活性位点，采用X射线衍射、氮气物理吸脱附试验、场发射扫描电子显微镜、高角环形暗场扫描透射电子显微镜、能量色散X射线光谱、电感耦合等离子体发射光谱、NH3-程序升温脱附、紫外−可见吸收光谱和X射线光电子能谱等方法对催化剂进行了物性表征，并用固定床反应器评价催化剂对乙烷氧化脱氢制乙烯的催化性能，最终建立了ZnZ5-270-T催化剂的构效关系。结果表明：碱处理优先脱除ZSM-5骨架中的硅物种，成功在ZSM-5中引入介孔，形成多级孔结构。这种结构使得碱处理后的ZnZ5-270-T催化剂的锌负载量增加。同时碱处理可改变ZnZ5-270-T锌物种类型，使锌物种由ZnO转变为具有更高催化活性的ZnOH+。通过分析反应产物的H2/C2H4和CO/C2H4物质的量比，揭示了ZnZ5-270-T催化剂的反应网络，表明所有催化剂均以间接氧化脱氢为主要反应路径。研究还发现锌物种的流失可能是催化剂失活的主要原因。

来源：2025年第10期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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