Fe前驱体离子价态对制备Fe/HZSM-5催化剂的甲烷芳构化催化性能的影响

余文达，胥月兵，陈梦瑶，姜 枫，刘 冰，刘小浩

(江南大学 化学与材料工程学院，江苏 无锡 214122)

甲烷是天然气、页岩气及可燃冰等资源中的主要成分，具有最大的氢/碳比，同时也是一种比二氧化碳更具温室效应的气体。将甲烷直接转变成高附加值的含碳有机化合物，并副产绿色氢气(不额外产生CO2)，是其作为能源或供CO2加氢实现碳中和的一个重要途径。甲烷在无氧条件下经芳构化反应制备芳烃和氢气，是甲烷直接转化的最有前景的工艺路线之一[1-2]。在目前报道的最高效Mo基分子筛催化剂上，甲烷具有接近热力学平衡的转化率并高选择性地生成芳烃(选择性大于80%)。然而，由于热力学平衡限制，该反应需要在高温下(>700 ℃)进行，由此不可避免地引发积炭反应，致使催化剂快速失活。尽管该反应的工业应用尚需时日来突破一些关键性技术，如催化剂的稳定性、再生工艺以及反应器的设计，但开发新的催化剂体系以及准确认识催化活性物种和反应机理仍受到普遍关注[3]。

之前认为，Mo基HZSM-5分子筛催化剂是甲烷芳构化最具活性和选择性的催化剂体系，其他金属构建的催化体系不是活性不高，就是芳烃选择性比较低而不具有替代性[4-5]。然而，研究发现，对于这些金属如果采取合适的制备方法而非一般的浸渍法，可以获得同时具有较好甲烷转化率和芳烃选择性[6-8]的金属催化剂。这是因为，浸渍法不可避免地会造成HZSM-5分子筛催化剂上存在多种金属化学状态，以及不同的金属落位，如分子筛的孔内和孔外，这一方面可能会影响催化效果，另一方面会阻碍准确理解金属具有怎样的化学状态和落位才利于甲烷的芳构化。有……