“乙烷是天然气、页岩气开采过程的主要副产物之一，因经济价值低、运输难度大，难以资源化利用。光催化技术能直接利用太阳能，将这些乙烷转化为乙烯，具有成本效益。”中国科学院理化技术研究所施润副研究员介绍了这个技术的前景。
这套机制是施润及其研究团队的最新成果，一种温和条件下低碳烯烃的制备路线，通过太阳光催化，驱动乙烷脱氢制乙烯。
相关论文发表于《自然·通讯》上。
页岩气主要成分为甲烷、乙烷等低碳烷烃，目前全球已探明储量超过1000 万亿m3，储量丰富。利用页岩气中的乙烷催化脱氢制乙烯是当前一条低成本、绿色化的非石油路径。
乙烷催化脱氢制乙烯工艺主要分为乙烷直接脱氢和乙烷氧化脱氢。
乙烷直接脱氢工艺路线更加常见，但该路线需在750 ℃的高温下进行，与传统石油裂解路线比较，在能耗和碳排放方面虽有所减少，但降碳效果也受限。
而乙烷氧化脱氢工艺路线是将氧化剂引入到乙烷脱氢反应体系中，实现乙烷到乙烯的转化，这不仅可以解决乙烷直接脱氢工艺的热力学平衡限制、缓解催化剂失活等问题，在设备投资和操作费用等方面更具优势。但该反应温度依然在500 ℃以上，反应条件苛刻，如何降低反应温度成为课题组的研发方向。
“光催化研究比较常见，但把光催化用于乙烷氧化脱氢制乙烯上却较为少见。”施润解释道。课题组大胆创新，反复筛选材料，最终制备了一种钯锌(PdZn)金属间化合物负载的纳米氧化锌(ZnO)光催化剂。其中，PdZn 是过渡金属，ZnO 是氧化物半导体，用来“吸”光。
利用这种光催化剂，他们首次实现了光催化条件下乙烷氧化脱氢制乙烯。
试验结果显示，在140 ℃反应温度下，该反应中乙烯的生成速率达46.4 mmol/(g·h)，乙烯选择性为92.6%，指标优于目前600 ℃热催化条件下乙烷氧化脱氢制乙烯。该催化剂表现出优异的光催化丙烷和丁烷氧化脱氢性能，并在模拟页岩气的反应气氛下，实现了20%的乙烷转化率以及87%的乙烯选择性。
该研究开创了一种全新的温和条件下低碳烯烃制备路线。
有了这个机制，对于开采难度大、不适宜大规模开采的石油、天然气，也有望实现小规模低成本开发。
“该技术有望成为石油热催化生产乙烯的补充路线，将散布的油气和太阳能有机结合，直接把太阳能转化为化学能，既降低用电成本，又实现了低成本生产乙烯。
”施润说道。
（来源: http://www.ccin.com.cn/detail/2a9ff479cffb081a2705362e14289004/news）
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