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甲醇制烯烴(MTO)工藝作為一種利用非石化資源生產(chǎn)烯烴的創(chuàng)新高效路線，已在工業(yè)領(lǐng)域取得成功開發(fā)和應(yīng)用，并引起了C1化學(xué)和沸石催化基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的關(guān)注。大連化物所研發(fā)的以煤為原料制甲醇的DMTO技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)創(chuàng)新方面取得了可觀的成績，開啟了非石油資源可持續(xù)制造烯烴的新時(shí)代。此后，大連化物所開創(chuàng)了第二代、第三代DMTO工藝(DMTO-II和DMTO-III)，正在成為我國乙烯、丙烯生產(chǎn)的重要路線。
分子篩催化劑，特別是小孔開孔的空腔型沸石，其嵌入空腔型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜微環(huán)境在MTO反應(yīng)的形狀選擇性方面表現(xiàn)出明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。這種復(fù)雜的催化環(huán)境導(dǎo)致產(chǎn)物分布、催化劑失活和分子擴(kuò)散方面存在巨大差異，揭示了八元環(huán)(8-MR)和空腔型沸石催化劑上空腔控制的甲醇轉(zhuǎn)化。
在最近發(fā)表在《國家科學(xué)評(píng)論》上的評(píng)論中，由教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組。中國科學(xué)院大連化物所國家低碳催化技術(shù)工程研究中心劉忠民和魏迎旭總結(jié)了甲醇制烯烴反應(yīng)中的空腔控制原理。空腔控制的甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)行為、空腔控制的烴庫物種和反應(yīng)路徑的形成、空腔控制的催化劑失活和擴(kuò)散行為以及啟發(fā)的控制策略綜述如下。
腔體控制的MTO反應(yīng)行為：腔體結(jié)構(gòu)和尺寸直接控制產(chǎn)物分布、催化劑失活和分子擴(kuò)散。作者綜述了孔徑相似但空腔結(jié)構(gòu)不同的典型8-MR和空腔型沸石催化劑催化甲醇轉(zhuǎn)化時(shí)反應(yīng)行為和產(chǎn)物分布的差異。了解空腔控制的 MTO 反應(yīng)行為將有助于建立沸石材料的形狀選擇性。
空腔控制的反應(yīng)中間體和反應(yīng)路徑：空腔型沸石特殊的催化微環(huán)境改變了MTO反應(yīng)過程中的反應(yīng)中間體和反應(yīng)路徑。這種特殊的催化微環(huán)境驅(qū)動(dòng)著MTO反應(yīng)的動(dòng)態(tài)演化。作者闡述了烴池物種生成的空腔控制效應(yīng)以及復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中烯烴生成的主導(dǎo)反應(yīng)路徑。
空腔控制的焦炭形成和催化劑失活：作者總結(jié)了 SAPO-34 中的焦炭物質(zhì)沉積和失活模式，包括低溫金剛烷物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、多甲苯演化為聚甲基萘過程中關(guān)鍵前體的識(shí)別，以及提出的多環(huán)芳烴過籠生長模式機(jī)理 然后討論了不同空腔結(jié)構(gòu)的沸石催化劑焦炭種類的差異及失活機(jī)理。
空腔控制擴(kuò)散：作者描述了空腔型沸石的擴(kuò)散行為，將空腔結(jié)構(gòu)和孔徑在擴(kuò)散中的作用聯(lián)系起來，然后揭示了空腔型沸石的擴(kuò)散機(jī)制。此外，該綜述還總結(jié)了有機(jī)物質(zhì)在酸性空腔中的分子擴(kuò)散，并指出了耦合擴(kuò)散和反應(yīng)研究的必要性。
