Boosting sustainable monocyclic aromatics yield from catalytic fast pyrolysis of cotton stalk via a novel ZnZrOx-ZSM-5 tandem catalysis

催化作用 芳构化 串联 产量(工程) 热解 化学 化学工程 碳氢化合物 有机化学 氧气 硫黄 组合化学 分子 氧合物
作者
Lingxi Bai,Lingxi Bai,Haonan Li,Xingxiang Wang,Xin Pu,Zhipeng Lin,Shuzhen Zhou,Jiangbing Li,Xiaogang Wang,Jie Li,Lingtao Kong,Lanli Bai,Lanli Bai,Jichang Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:524: 168988-168988 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cej.2025.168988
摘要

Biomass valorization plays a vital role in ecological conservation and the advancement of a circular economy, while posing significant scientific challenges. This work successfully constructed a novel tandem catalytic system (ZnZrOx-ZSM-5) for the efficient production of sustainable monocyclic aromatics (SMAs) via the ex-situ catalytic pyrolysis of cotton stalk. Compared to the sole ZSM-5, the tandem catalyst significantly enhanced the absolute yield of SMAs from 8.2 % to 26.8 %. Combined various structural characterization and carefully catalytic experiments, it was revealed that pyrolysis volatiles derived from cotton stalk first encounter the ZnZrOx bed-rich in oxygen vacancies and basic sites, where compounds such as AAAKs (alcohols, aldehydes, acetic acid, and ketone) and bulky alkoxy-phenols are preferentially pre-cracked into alkanes/alkenes and light phenols, respectively. Subsequently, within the ZSM-5 bed, these pre-cracked intermediates enhance the formation of SMAs by a series of reactions-including Diels-Alder condensation, dehydroxylation, and aromatization with hydrocarbon pool species. Simultaneously, GC‑MS analysis confirmed that the introduction of ZnZrOx effectively suppresses the formation of bulky polycyclic molecules (e.g., naphthalene, phenanthrene), thereby alleviating catalyst pore blockage and deactivation. • ZnZrOx-ZSM-5 catalyst is employed for the first time to convert cotton stalk to SMAs. • Oxygen vacancies rich-ZnZrOx promote the pre-cracking of pyrolysis volatiles. • ZnZrOx-ZSM-5 tandem catalyst improve the yield of SMAs from 8.2 % to 26.8 %.
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