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目前烯烃生产依赖不可持续方法，醇制烯烃机制不明。研究人员以 HSSZ-13 沸石为催化剂，研究 C1和 C2醇转化为高烯烃过程。明确了反应中间体，加深对反应路径理解，为醇转化提供潜在路线。
在化工领域，乙烯和丙烯作为关键原料，在众多石化过程中起着不可或缺的作用，它们的身影出现在从塑料制造到精细化工产品合成的各个环节。然而，传统的烯烃生产方式，如通过石脑油蒸汽裂解或原油流化催化裂化来获取乙烯和丙烯，就像老态龙钟的 “巨人”，存在诸多弊端。这些方法不仅依赖不可再生的化石资源，在生产过程中还需要苛刻的条件，能耗巨大，而且目标产物的产率也不尽如人意。为了实现化工生产的可持续发展，寻找新的烯烃生产途径迫在眉睫。
此时，醇类物质，像是甲醇和乙醇，进入了科学家们的视野。它们可以由生物资源制备，被认为是潜在的优质烯烃生产原料。利用醇类制备烯烃的反应，主要遵循 “烃池（HPC）” 机制，但这一机制就像神秘的迷宫，其中具体的反应路径和关键中间体尚未完全明晰。特别是乙醇转化为烃类的过程，尽管受到了广泛关注，但完整的转化过程还未被深入研究，轻烯烃尤其是丙烯的生成途径依旧迷雾重重。
为了揭开这些谜团，来自国外的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们选用质子型菱沸石（HSSZ-13，Si/Al = 11）作为催化剂，研究 C1和 C2醇转化为高烯烃的过程。研究成果对于完善醇转化为烯烃的反应机制，推动可持续烯烃生产具有重要意义，该研究成果发表在《Catalysis Today》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种先进技术。他们使用了 Operando 光谱技术，包括傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和紫外 - 可见光谱（UV-vis），这些技术就像是给反应过程装上了 “实时监控摄像头”，能够实时观测反应中的变化。同时，搭配质谱和气相色谱对产物进行分析，从不同角度解析反应结果。此外，还运用了多元曲线分辨 - 交替最小二乘法（MCR-ALS）对光谱数据进行分析，挖掘数据背后隐藏的信息。
下面来详细看看研究结果：
- 材料与样品：实验采用市售的具有 CHA 拓扑结构的 SSZ-13 沸石（B 型，NH4+形式），实验前在 550°C 下煅烧 3 小时。通过电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定催化剂的化学成分，用粉末 X 射线衍射仪记录其衍射图谱。
- 化学、结构和织构表征：研究发现，SSZ-13 材料具有 812 m2?g?1 的大比表面积和 0.31 cm3?g?1 的微孔体积，等温线形状表明其微孔结构发达，X 射线衍射分析也进一步证实了相关特性。
- 反应过程研究：Operando FT-IR 和 UV-vis 研究，结合质谱和气相色谱对催化剂表面释放产物的分析结果，揭示了反应中关键中间体的信息。研究人员观察到了乙醇和甲醇转化为烯烃过程中的异同点。借助 MCR-ALS 分析 Operando FT-IR 和 UV-vis 结果，对反应过程有了更深入的理解。同时，对失活催化剂上的焦炭物种进行色谱分析，为研究提供了更多信息。
研究结论表明，Operando 方法在研究甲醇制烃（MTH）和乙醇制烃（ETH）过程中发挥了重要作用。通过该方法，研究人员发现了反应中的中间物种，进而对反应路径有了更全面的认识，为两种醇的转化提供了潜在的反应路线。在 MTH 过程中，烷基化环戊烯基和高度烷基化苯鎓离子被确定为更有效地激活 HCP 机制的中间物种，能产生更广泛的产物。
这项研究的意义重大。它为醇制烯烃的反应机制提供了更深入的见解，就像在黑暗的迷宫中点亮了几盏明灯，让科学家们朝着完全解析这一复杂机制又迈进了一步。这不仅有助于优化现有催化剂和反应条件，提高烯烃生产效率，还为开发更环保、更高效的烯烃生产技术奠定了理论基础，在可持续化学工业发展的道路上竖起了一块重要的里程碑，推动着化工领域朝着绿色、可持续的方向不断前进。
