Lattice Oxygen Regulation of Perovskites for Chemical Looping Oxidative Dehydrogenation of Ethylbenzene to Styrene

乙苯 脱氢 苯乙烯 催化作用 材料科学 无机化学 化学 有机化学 共聚物 聚合物
作者
Renyi Wang,Juping Zhang,Dongfang Li,Kongzhai Li,Hua Wang,Xing Zhu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (24): 8948-8957 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c01141
摘要

The direct dehydrogenation process produces over 90% of global styrene. However, it is hampered by high energy consumption due to equilibrium limitation, a high steam/ethylbenzene feeding ratio, and complicated separation procedures. In this study, we propose the synthesis of a novel perovskite-structured metal oxide as the redox catalyst for chemical looping oxidative dehydrogenation (CL-ODH) of ethylbenzene into styrene. Lower ethylbenzene activation temperature and higher oxygen storage capacity contributing to high ethylbenzene conversion are achieved by Mn doping of the B site in SrFeO3−δ, and styrene yield is further enhanced by Ba doping of the A site. The optimized Sr0.8Ba0.2Fe0.2Mn0.8O3−δ catalyst exhibits favorable dehydrogenation activity but is deactivated in the first five redox cycles due to the severe carbonation and perovskite structure decomposition. The decarbonization treatment on the catalyst at 950 °C in an O2 atmosphere restores the perovskite structure and dehydrogenation activity, resulting in 85% ethylbenzene conversion and 89% styrene selectivity at 550 °C. Ethylbenzene on the catalyst undergoes full combustion via adsorbed oxygen, ODH of ethylbenzene into styrene and H2O using lattice oxygen, and direct dehydrogenation without available lattice oxygen. The proposed redox catalyst demonstrates efficient conversion of ethylbenzene into styrene, showing great potential for the energy conservation and process intensification of styrene production.
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