油页岩催化热解高效制备单环芳烃(MAHs)的创新策略及其在BTX增产中的突破性应用

针对传统化石燃料枯竭与单环芳烃(MAHs)需求激增的矛盾，中国科学院团队通过硫酸化γ-氧化铝(SO4 2- /γ-Al2 O3 )催化热解油页岩(OS)，实现MAHs产量提升275%，其中BTX(苯/甲苯/二甲苯)含量激增443.8%。该研究为非常规资源高值化利用提供新范式，发表于《Journal of the Energy Institute》。

　　

全球能源格局正面临传统化石燃料(CFF)储量有限与化工原料需求暴涨的双重压力。单环芳烃(MAHs)作为石油化工领域"黄金分子"，尤其是苯/甲苯/二甲苯(BTX)三巨头，占据石化产品的30%市场份额。然而，依赖石油裂解的传统生产工艺已难满足年增长率5.22%的全球需求。与此同时，储量相当于6890亿吨原油的油页岩(OS)资源因其富含1.2-1.6氢碳比的有机质(OMs)，被视为最具潜力的替代原料。但现有OS热解技术存在产物附加值低、MAHs收率不足等瓶颈，亟需开发新型催化体系实现资源高值转化。

中国科学院团队创新性地采用硫酸化γ-氧化铝(SO₄
^2-
/γ-Al₂
O₃
)催化剂，通过浸渍-煅烧法制备比表面积达220.90 m²
/g的纳米片状材料，对摩洛哥Tarfaya地区OS进行催化快速热解。结合NH₃
-TPD酸性表征、Py-IR光谱分析等技术，系统研究了Br?nsted酸与Lewis酸的协同竞争机制，并通过GC-MS对热解油(PFLs)组分进行定量解析。

材料表征
XRD证实催化剂保持γ-Al₂
O₃
晶型(ICDD 10-0425)，SEM显示其由10nm厚、150-350nm宽的纳米片组成。TEM-EDS证实硫元素均匀分布，NH₃
-TPD显示其Br?nsted酸强度显著高于Lewis酸，这种特殊酸性分布为后续选择性催化奠定基础。

催化性能突破
引入SO₄
^2-
/γ-Al₂
O₃
后，MAHs在PFLs中占比从5.6%飙升至21.0%，其中BTX增幅达443.8%，二甲苯更实现1220%的惊人增长。催化剂同时优化了烃类分布：短链烃增加82.4%而长链烃减少81.0%，杂原子化合物下降31.5%。值得注意的是，作为燃料杂质但具有工业价值的吡咯和噻吩含量分别提升253.8%和75.9%，实现"变废为宝"。

机制阐释
研究揭示SO₄
^2-
的吸电子效应诱导产生缺电子Al³⁺
位点(Lewis酸)并极化表面羟基(Br?nsted酸)，二者通过碳正离子机制协同催化OMs裂解。其中Br?nsted酸主导的质子转移反应优先促进MAHs生成，而Lewis酸辅助的β键断裂反应则调控烃链长度，这种"双酸共舞"的独特催化模式突破了传统热解的选择性瓶颈。

该研究首次将SO₄
^2-
/γ-Al₂
O₃
应用于OS催化热解，不仅为MAHs生产开辟非石油路径，更开创了OS资源"精准炼制"新范式。通过调控催化剂酸性特征实现产物定向转化，这一策略对设计高性能催化体系具有普适性指导意义。未来通过优化硫负载量与酸性位点分布，有望进一步提升BTX选择性与收率，推动非常规油气资源的高效利用。