在 SSZ-13 和 SSZ-39 分子筛上由双乙烯酮合成轻质烯烃

《Molecular Catalysis》：Synthesis of light olefins from diketene over SSZ-13 and SSZ-39 zeolites

　　

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  在 SSZ-13 和 SSZ-39 沸石上，二酮烯转化的轻烯烃选择性高达 94.0%。
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  SSZ-13 沸石在二酮烯转化中表现出卓越的催化稳定性。
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  提出的机理涉及二酮烯分解为乙酰基和乙烯酮中间体，随后进行 C-C 偶联。
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  开发一种利用生物质衍生的二酮烯高效且可持续的绿色路线来生产轻烯烃。

引言

轻烯烃（C₂⁼-C₄⁼）是石化工业中不可或缺的基礎原料之一，支持着各种大宗化学品的生产 [[1], [2], [3]]。随着全球石化工业的迅速扩张，轻烯烃的需求保持了稳定的增长趋势 [4,5]。目前轻烯烃的工业生产仍严重依赖化石燃料，主要通过石脑油蒸汽裂解和催化裂化 [6]。然而，这些过程能耗高且碳排放量大。随着对能源安全和环境可持续性的关注日益增加，开发生产轻烯烃的可再生途径已成为催化领域的重要研究焦点 [7,8]。

生物质是生产液体燃料和化学品最有前景的可再生碳源之一。它提供了一条可再生且环保的途径以减少对化石燃料的依赖。羧酸是从生物质碳水化合物发酵或氧化中获得的丰富衍生物 [[9], [10], [11]]。

二酮烯 [(CH₂CO)₂] 可以由羧酸形成。羧酸脱水生成乙烯酮，然后乙烯酮二聚化形成二酮烯，这是一项成熟的工业技术 [12]。二酮烯本身是一种多功能中间体，广泛应用于制药、颜料和精细化学品的制备 [13]。近年来，由于其高碳含量和反应性官能团，二酮烯转化为高值烃类已引起越来越多的关注 [14,15]。二酮烯转化为轻烯烃是一条充满前景的路线，特别是鉴于生物乙酸生产的日益成熟。尽管对二酮烯的合成及其在医药和农药领域的传统用途进行了广泛研究，然而，关于二酮烯转化为轻烯烃的催化性能和反应机理的研究仍未解决。

在本研究中，研究了 SSZ-13 和 SSZ-39 沸石上二酮烯转化为轻烯烃的催化转化 [16,17]。SSZ-13 和 SSZ-39 沸石均表现出相似的轻烯烃高选择性，在烃类中达到 94.0%。SSZ-13 显示出比 SSZ-39 更高的稳定性 [18]。提出了沸石上二酮烯转化的反应途径，其中二酮烯分解为乙酰基和乙烯酮中间体，通过 C-C 偶联转化为轻烯烃。

章节摘要

材料与化学品

SSZ-13 和 SSZ-39 购自中国青岛瑞景催化技术有限公司。二酮烯 [(CH₂CO)₂] 购自中国上海润化学科技有限公司。样品标记为 SSZ-13(1)、SSZ-13(2)、SSZ-39(1) 和 SSZ-39(2)，其中 Si/Al 比分别为 7.3、7.6、8.1 和 15.3。

催化剂表征

样品的物相鉴定和结晶度通过 X 射线衍射（XRD）进行表征。测量采用 HaoYuan DX-2700B 仪器进行

二酮烯转化的催化性能

首先研究了 SSZ-13 催化剂上二酮烯转化的催化性能。探讨了温度和气体小时空速（GHSV）的影响，以获得二酮烯转化的最佳催化性能。如图 1A 所示，轻烯烃的选择性在 SSZ-13(1) 上随温度升高呈现火山型趋势。在 330°C 时，SSZ-13(1) 上的轻烯烃选择性为 79.6%，随着温度升高（330-380°C）逐渐增加，

结论

研究了 SSZ-13 和 SSZ-39 沸石上二酮烯转化为轻烯烃的催化转化。两种沸石在烃类中均表现出 94.0% 的高轻烯烃选择性。SSZ-13 还显示出良好的稳定性。SSZ-13 沸石上弱酸和中强酸位点的酸密度均大于 SSZ-39 沸石。SSZ-13 的比表面积和孔容大于 SSZ-39。在...上观察到的芘等高环芳烃物种较少

CRediT 作者贡献声明

雷小迪: 写作 – 原稿，验证，调查，数据整理。 张阳: 写作 – 审查与编辑，监督，资金获取。 林山帆: 资源，数据整理。 杨天乐: 调查。 凌莉霞: 写作 – 审查与编辑，监督，资金获取。 张日广: 写作 – 审查与编辑，监督，资金获取。 王宝军: 写作 – 审查与编辑，监督，资金获取。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

本工作得到了 国家自然科学基金（编号 22202201， 22278296）、山西省自然科学基金 支持的研究项目（编号 2024-040）的资助。

雷小迪|张阳|林山帆|杨天乐|凌莉霞|张日广|王宝军