ACS Catalysis：Ag-ZrO2/SiO2催化剂将乙醇一步转化为正丁烯

Nanoyu

2020-07-21

乙醇是用于生产各种燃料和化学品的有前途的平台分子。尤其是从可再生乙醇原料中生产中间馏分燃料(即喷气和柴油混合燃料)。目前最先进的酒精喷射技术需要在乙醇催化脱水为乙烯的基础上进行多个工艺步骤，然后进行多步低聚，包括生成正丁烯，最后进行加氢处理和蒸馏。

近日，美国太平洋西北国家实验室Vanessa Lebarbier Dagle, Robert A. Dagle报道了在金属和Lewis酸中心平衡的Ag-ZrO₂/SBA-16催化剂上，乙醇可直接转化为正丁烯(1-和2-丁烯混合物)，在99%的转化率下，富含丁烯的烯烃选择性高达88%。

文章要点

1）由于消除了乙醇脱水为乙烯步骤的需要，因此，与传统的酒精到喷射技术相比，Ag-ZrO₂/SBA-16催化剂具有减少所需处理单元数量的性能。此外，通过调节氢气进料的分压和其他工艺/催化剂参数，可以在该催化剂上定制C₄产物分布、正丁烯和1，3-丁二烯。在足够的氢分压下，1，3-丁二烯被完全和选择性地氢化以形成正丁烯。

2）研究人员通过operando-核磁共振研究以及反应性测量来阐明该反应机理。乙醇首先在金属Ag上脱氢成乙醛，然后乙醛在ZrO2/SiO2的酸性中心上通过羟醛缩合脱水转化为巴豆醛。然后通过Meerwein-Ponndorf-Verley将巴豆醛还原成丁二烯中间体，再在金属Ag和ZrO2上氢化成正丁烯。此外，从巴豆醛还原成丁醛（而不是丁二烯）也产生了少量的正丁烯。同位素标记乙醇NMR实验表明，巴豆醛加氢制丁醛的氢源是乙醇，而不是H2。

3）实验和计算相结合的研究揭示了银和锆的组成以及银氧化态的变化如何影响氢气分压和长时间运行控制下的反应性。研究人员在使用湿乙醇进料时也证明了Ag-ZrO₂/SBA-16催化剂的有效性，从而突出了原料纯度要求方面的工艺灵活性。

Vanessa Lebarbier Dagle，et al, Single-step conversion of ethanol to n-butene over Ag-ZrO₂/SiO₂ catalysts, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02235

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02235