中科院团队开发新型沸石催化剂 推动可降解塑料原料绿色生产
2025-06-23 14:22
来源:中国科学院
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中国科学院大连化学物理研究所齐良博士和刘忠民教授团队在催化材料领域取得重要突破。该团队成功开发出具有超大孔结构的ZEO-1沸石分子筛,在DMM羰基化反应中展现出优异的催化性能,相关研究成果发表在《中国催化学报》上。二甲氧基甲烷 (DMM) 羰基化反应为生产可降解塑料单体乙醇酸提供了一种温和、绿色且可持续的途径。ZEO-1 沸石分子筛包含由 16×16 和 16×12 分子筛交点组成的大笼,具有较高的 DMM 羰基化活性;以及由 12×12 分子筛交点组成的小笼,具有较高的 DMM 歧化活性。ZEO-1 沸石分子筛独特的结构和活性位点分布使其同时表现出较高的 DMM 羰基化和歧化活性

这项研究聚焦于开发高效催化体系,用于生产甲氧基乙酸甲酯(MMAc)这一重要化工中间体。MMAc可进一步转化为乙醇酸、乙醇酸甲酯等产品,是制造可降解塑料聚乙醇酸(PGA)的关键原料。PGA因其优异的机械性能和完全可降解特性,在医疗缝合线、食品包装等领域具有广泛应用前景。

研究团队通过系统的实验研究发现,新型ZEO-1沸石在催化DMM羰基化反应时,不仅活性显著提高,选择性也接近100%,同时展现出良好的稳定性。与传统的FAU沸石催化剂相比,ZEO-1具有更优越的扩散性能,能促进产物快速脱离活性位点,从而提高反应效率。

刘忠民教授解释道:"ZEO-1独特的孔道结构是其优异性能的关键。16元环和12元环交叉形成的大笼结构特别有利于DMM羰基化反应的高选择性进行。"团队通过原位红外光谱技术,首次观测到催化剂表面反应中间体的动态演变过程,为理解反应机理提供了直接证据。

该研究还建立了详细的动力学模型,推导出MMAc和甲酸甲酯生成的动力学方程。这些理论成果为优化反应条件和开发更高效的催化剂提供了重要指导。齐良博士表示:"我们的工作不仅开发出一种新型催化剂,更重要的是揭示了沸石孔道结构与催化性能的构效关系。"

这项技术的工业化应用将显著降低可降解塑料的生产成本,推动环保材料的普及。随着全球对白色污染治理的重视,这项研究成果具有重要的环保意义和经济价值。研究团队目前正与企业合作,推动该催化技术的产业化应用。

更多信息: Shaolei Gao 等,《超大孔沸石 ZEO-1 上的二甲氧基甲烷羰基化和歧化反应:反应网络和机理》,《中国催化学报》(2025)。

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