Investigating the Coke Formation Mechanism of H-ZSM-5 during Methanol Dehydration Using Operando UV–Raman Spectroscopy

甲醇 脱水 拉曼光谱 化学 焦炭 ZSM-5型 光化学 催化作用 光谱学 有机化学 沸石 生物化学 量子力学 光学 物理
作者
Hongyu An,Fei Zhang,Zaihong Guan,Xuebin Liu,Fengtao Fan,Can Li
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:8 (10): 9207-9215 被引量:70
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b00928
摘要

Methanol dehydration on solid acid catalysts is a fundamental step in many industrial chemical processes, such as methanol to dimethyl ether (MTD) and methanol to olefin (MTO). The performance of catalysts often encounters the detrimental effect of coke deposition. However, the heterogeneous distribution of feedstock and product in a fixed-bed reactor usually brings in difficulties in the study of the coking mechanism. In this work, the coking progress of H-ZSM-5 in a fixed-bed reactor under MTD conditions is investigated using operando UV-Raman spectroscopy. Methylbenzenium carbenium ions (MB+), a key precursor for coke formation, was identified by UV resonance Raman spectroscopy and isotope exchange experiments. At higher temperature (473 K), MB+ rapidly transforms into "hard coke" at the beginning of the catalyst bed. The relative intensity of the 1605 cm–1 peak can serve as an indicator for the catalyst deactivation. Moreover, water formed during MTD can suppress the transformation of MB+ into "hard coke" at the later parts of the bed. These results provide important information for the key steps and intermediates about coke formation on solid acid catalysts during methanol conversion, and the findings will contribute to improved catalytic performance in the related catalytic reaction.
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