Wetenschap
Sterke coördinatie-interactie geïdentificeerd als gunstig voor het bevorderen van dehydrogenering van ethanol
Butadieen, een van de belangrijkste lichte olefinen in de petrochemische industrie met een wereldwijde productiecapaciteit van 18 miljoen ton per jaar, wordt momenteel geproduceerd via de extractieve destillatie van C4 fracties van nafta-stoomkraakprocessen of dehydrogenering van C4 koolwaterstoffen, die beide een groot energieverbruik en een aanzienlijke uitstoot van CO2 met zich meebrengen .
De toenemende marktvraag heeft veel belangstelling gewekt voor de doelgerichte productie van deze grondstoffen. Een alternatieve route om butadieen rechtstreeks te produceren met behulp van duurzame grondstoffen is dus wenselijk en toekomstgericht.
Ethanol kan, als koolstofneutrale hulpbron, in principe de vorming van C-C-bindingen ondergaan om op duurzame wijze butadieen op te leveren. Traditionele katalytische systemen zijn ingedeeld in twee categorieën:overgangsmetalen uit groep 4 en 5, en MgO-SiO2 .
Van de gerapporteerde katalysatoren valt Zn-Y/Beta vooral op vanwege zijn goede selectiviteit voor butadieen (>60%). Hoewel grote inspanningen in deze richting zijn geleverd, blijft de gestage productie van butadieen uit ethanol onder milde reactieomstandigheden een onopgeloste uitdaging, die doorgaans leidt tot snelle deactivering. Een ander probleem bij de vorming van butadieen is dat de dehydratatie vaak concurreert met de dehydrogeneringsreactie via een Lewis-zure katalysator.
Een onderzoeksteam onder leiding van prof. An-Hui Lu van de Dalian University of Technology, China, heeft het eerste met kobalt gedoteerde yttriumfosfaat (Co-YPO4) gerapporteerd. ) katalysator, voor preferentiële activering van ethanol om aceetaldehyde te vormen en daaropvolgende C-C-koppeling en dehydratatie tot butadieen. De katalysator vertoonde een selectiviteit van 68,5% voor butadieen bij een ethanolomzetting van 78,2% bij 350°C, en daardoor bijna 61% opbrengst voor totaal olefine (butadieen en etheen). Het werk is gepubliceerd in het Chinese Journal of Catalysis .
Gecombineerd met verschillende in situ karakteriseringen, een sterke coördinatie-interactie tussen Co 2+ sites en de fosfaatgroep op YPO4 is geïdentificeerd als gunstig voor het verbeteren van de dehydrogeneringsprestaties van ethanol.
De YPO4 oppervlak legde de Y 3+ bloot plaats, die de C-C-koppelingsreactie effectief kan katalyseren. Door de combinatie van de Co- en Y-soorten in één katalysator, d.w.z. Co-YPO4 , zou het synergetische effect van de bifunctionele locaties kunnen worden bereikt.