Cavidad

Oct 23, 2023

Prensa científica china

Imagen: Los intermedios de reacción confinados y las especies de coque en el microambiente de la cavidad de la zeolita, las rutas de reacción preferenciales en la compleja red de reacción, la desactivación del catalizador y la difusión de moléculas se unen en la conversión de metanol controlada por la cavidad e impulsan la evolución dinámica de la reacción MTO.ver más

Crédito: ©Science China Press

El proceso de conversión de metanol a olefinas (MTO), una ruta innovadora y eficiente para la producción de olefinas a través de recursos no petroquímicos, ha logrado un desarrollo y una aplicación exitosos en la industria y ha atraído la atención de la química C1 y la catálisis de zeolita en la investigación fundamental. El Instituto Dalian de Física Química (DICP) desarrolló tecnología DMTO que puede producir olefinas a partir de carbón mediante metanol, lo que ha logrado un éxito considerable en ingresos económicos e innovación tecnológica, lanzando una nueva era de fabricación sostenible de olefinas a partir de recursos no petroleros. Desde entonces, DICP ha creado la segunda y tercera generación del proceso DMTO (DMTO-II y DMTO-III), que se están convirtiendo en rutas importantes para la producción de eteno y propeno en China. Para mantener la competitividad y la sostenibilidad de la emergente industria química del carbón, se debe profundizar continuamente la comprensión integral y profunda de los fundamentos y principios de control selectivo del proceso de reacción catalítica para respaldar el desarrollo de nuevos materiales catalizadores y técnicas de proceso.

Los catalizadores de tamiz molecular, especialmente para la zeolita de tipo cavidad con apertura de poro pequeño, el microambiente complejo que incrusta la estructura de tipo cavidad, han exhibido características y ventajas demostrables en la selectividad de forma de la reacción MTO. Este complejo entorno catalítico causó grandes diferencias en la distribución del producto, la desactivación del catalizador y la difusión molecular, revelando la conversión de metanol controlada por cavidad sobre un anillo de ocho miembros (8-MR) y un catalizador de zeolita de tipo cavidad.

En la reciente revisión publicada en National Science Review, el equipo de investigación dirigido por los Profs. LIU Zhongmin y WEI Yingxu (del Centro Nacional de Investigación de Ingeniería de Tecnología de Catálisis con Bajo Carbono, DICP, CAS) resumieron el principio controlado por cavidad en la reacción de metanol a olefinas. A continuación se revisan el comportamiento de la reacción de conversión de metanol controlada por cavidad, la formación controlada por cavidad de las especies del pool de hidrocarburos y la ruta de reacción, la desactivación del catalizador controlada por cavidad y el comportamiento de difusión, y las estrategias controladas inspiradas.

Comportamiento de reacción MTO controlado por cavidad : La estructura y el tamaño de la cavidad controlan directamente la distribución del producto, la desactivación del catalizador y la difusión molecular. Los autores revisaron las diferencias en el comportamiento de la reacción y la distribución del producto en la conversión de metanol catalizada por catalizadores típicos de zeolita de tipo cavidad y 8-MR con tamaño de poro similar pero estructura de cavidad diferente. Comprender el comportamiento de la reacción MTO controlada por cavidad contribuiría al establecimiento de la selectividad de forma de los materiales de zeolita.

Intermedios de reacción controlados por cavidad y rutas de reacción. : El microambiente catalítico especial de la zeolita de tipo cavidad varía los intermedios de reacción y las vías de reacción en el proceso de reacción MTO. Este microambiente catalítico especial impulsa la evolución dinámica de la reacción MTO. Los autores expusieron el efecto controlado por cavidad de la generación de especies de charcos de hidrocarburos y la ruta de reacción dominante de la generación de olefinas en la compleja red de reacción.

Formación de coque controlada por cavidades y desactivación del catalizador. : Los autores resumieron el modo de deposición y desactivación de especies de coque en SAPO-34, incluido el descubrimiento de especies de adamantano de baja temperatura, la identificación de precursores clave durante la evolución del polimetilbenceno a polimetilnaftaleno y el mecanismo propuesto del modo de crecimiento de paso de jaula de hidrocarburos aromáticos policíclicos. Luego, se discutieron las diferencias en las especies de coque y los mecanismos de desactivación de catalizadores de zeolita con diferente estructura de cavidad.

Difusión controlada por cavidad : Los autores describieron el comportamiento de difusión de la zeolita de tipo cavidad, correlacionando el papel de la estructura de la cavidad y el tamaño de los poros en la difusión, y luego revelaron el mecanismo de difusión de la zeolita de tipo cavidad. Además, la revisión resumió la difusión de moléculas en cavidades ácidas con especies orgánicas confinadas y señala la necesidad de acoplar estudios de difusión y reacción.

Finalmente, combinado con las propiedades dinámicas y de múltiples escalas de la reacción y los materiales catalíticos en la reacción MTO, los autores propusieron el mecanismo de interacción del material catalizador (coque)-reacción-difusión para revelar la catálisis selectiva de forma real con comportamientos y mecanismos interactivos. en reacciones MTO catalizadas por zeolita de tipo cavidad. Señalaron que la clave para desarrollar catalizadores de forma selectiva y lograr un proceso eficiente es establecer la mejor coordinación espaciotemporal en el sistema de reacción a través del eco mutuo, la modificación mutua y la guía mutua entre los materiales del catalizador (modificados por la evolución del coque), la reacción y difusión. Con base en la comprensión del principio de cavidad controlada, se resumieron una variedad de estrategias de control, como la modificación de la cavidad y la acidez de los catalizadores de zeolita, la precoquización del catalizador nuevo y la regeneración parcial del catalizador coquizado. En el futuro, la innovación técnica del proceso MTO requerirá un control preciso de la reacción, la formación de coque y la difusión en el microambiente de cavidad confinada para lograr una mayor estabilidad del catalizador y selectividad del producto en el proceso industrial.

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Ver el artículo:

Conversión de metanol controlada por cavidad sobre catalizadores de zeolita.

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad120

Revista Nacional de Ciencias

10.1093/nsr/nwad120

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