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加氫催化劑,羰化合成催化劑,煤制乙二醇催化劑

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浙大化學系王勇課題組在高性能加氫催化劑的開發及產業化應用方面取得新進展

瀏覽次數: 日期:2018-09-17
催化加氫反應是化學工業中最為重要的反應之一。項目以Pd/C、Pt/C等傳統的炭負載型加氫催化劑為出發點,針對該類催化劑制備過程復雜、載體穩定性差、納米金屬易流失和團聚等問題,在國際上較早提出了利用氮摻雜的多孔炭作為新型載體來穩定納米金屬并提高催化劑活性的催化劑設計思想,先后開發了多種氮摻雜多孔炭的制備方法,大幅度地提高了炭負載型催化劑在使用過程中的活性及穩定性。


加氫催化劑


課題組和(he)浙江(jiang)(jiang)新和(he)成(cheng)股份有限(xian)公司(si)(si)開展了(le)緊密的(de)(de)(de)產(chan)(chan)、學、研合(he)(he)作,針對維生素(su)(su)產(chan)(chan)業鏈中典型的(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)選擇性加(jia)氫反應(ying),對炭負載型催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑催(cui)(cui)化(hua)(hua)活性位點進行(xing)了(le)有效(xiao)地調控,開發(fa)了(le)一系列的(de)(de)(de)碳基復合(he)(he)催(cui)(cui)化(hua)(hua)材(cai)(cai)料(liao),多項研究成(cheng)果實現(xian)了(le)大規(gui)模的(de)(de)(de)工業應(ying)用,尤其在國際上首次實現(xian)了(le)氮摻雜炭材(cai)(cai)料(liao)負載的(de)(de)(de)納米Pd催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)大規(gui)模產(chan)(chan)業化(hua)(hua)應(ying)用,拓(tuo)寬了(le)碳基材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)應(ying)用范圍。這些(xie)前沿催(cui)(cui)化(hua)(hua)技術的(de)(de)(de)研發(fa)與大規(gui)模應(ying)用極大地增強了(le)企(qi)(qi)業的(de)(de)(de)核(he)心競爭力,為企(qi)(qi)業的(de)(de)(de)節能減排工作做出了(le)積極貢獻,產(chan)(chan)生了(le)顯著的(de)(de)(de)經濟(ji)和(he)社會效(xiao)益,促使合(he)(he)作企(qi)(qi)業浙江(jiang)(jiang)新和(he)成(cheng)股份有限(xian)公司(si)(si)成(cheng)為世界(jie)三(san)大維生素(su)(su)生產(chan)(chan)商之一,2016年起合(he)(he)作企(qi)(qi)業浙江(jiang)(jiang)新和(he)成(cheng)股份有限(xian)公司(si)(si)維生素(su)(su)E產(chan)(chan)量更(geng)是超越BASF成(cheng)為世界(jie)第一。

受(shou)(shou)蝙蝠(fu)啟發,人們(men)發明了雷達(da)聲納;受(shou)(shou)鳥翼啟發,人們(men)制造(zao)出了滑(hua)翔機;受(shou)(shou)魚(yu)鰾啟發,人們(men)打(da)造(zao)了潛(qian)水艇升降結構……來(lai)源于(yu)(yu)生活,又(you)運用于(yu)(yu)生活,這便是(shi)科研(yan)(yan)對于(yu)(yu)社會進步的(de)巨大推動(dong)(dong)力。在浙江大學(xue)(xue)化(hua)學(xue)(xue)系催(cui)化(hua)所(suo),研(yan)(yan)究(jiu)人員受(shou)(shou)到饅頭內(nei)部結構的(de)啟發,開展了“基(ji)于(yu)(yu)碳氮材料(liao)納米催(cui)化(hua)劑的(de)制備及應(ying)用研(yan)(yan)究(jiu)”,為我省(sheng)醫藥化(hua)工轉型升級提(ti)供了新動(dong)(dong)能。 

   談及(ji)化工,人們總會將“高(gao)污(wu)染(ran)、高(gao)毒性”等(deng)詞語與之(zhi)聯系起(qi)來(lai)。不過近年(nian)來(lai)“綠色化工”概(gai)念(nian)的提(ti)出(chu),要求(qiu)從工藝源(yuan)頭上就運用環(huan)(huan)保的理念(nian),使(shi)化學(xue)工業環(huan)(huan)境污(wu)染(ran)的治理由先污(wu)染(ran)后治理轉向從源(yuan)頭上根治環(huan)(huan)境污(wu)染(ran)。

改革開放(fang)以(yi)來,浙江醫(yi)藥(yao)產業(ye)依靠體制、機制的先(xian)發優勢,克服(fu)了復雜多變的國內外經濟環境的嚴峻(jun)挑戰,成為浙江省重(zhong)要的主導(dao)產業(ye)之一。不(bu)過即便如(ru)此(ci),面(mian)對環境友好、節能減排(pai)等壓(ya)力(li),近年(nian)來我省醫(yi)藥(yao)產業(ye)仍(reng)然面(mian)臨著十分巨大的轉型升級壓(ya)力(li)。

醫藥產業如何轉型升級(ji)(ji)?在王勇教授看來,針對制(zhi)藥工藝中(zhong)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)設(she)計(ji)儼然成為(wei)了(le)決定行業轉型升級(ji)(ji)成功與(yu)否(fou)的(de)(de)關鍵。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)或者多孔炭(tan)(tan)在化(hua)(hua)學(xue)工業中(zhong)常被(bei)用(yong)作(zuo)(zuo)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)載(zai)(zai)體(ti),但是(shi)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)地域差異大(da),孔道(dao)主(zhu)要是(shi)微孔,作(zuo)(zuo)為(wei)載(zai)(zai)體(ti)負載(zai)(zai)得(de)到的(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)催(cui)(cui)化(hua)(hua)效(xiao)率低(di)、納米(mi)金(jin)(jin)屬容易(yi)流失(shi),從而導致(zhi)生產成本高(gao),環境(jing)污(wu)染嚴重。課題(ti)組通過開發一系(xi)列的(de)(de)氮摻雜多孔炭(tan)(tan)材料作(zuo)(zuo)為(wei)新穎的(de)(de)載(zai)(zai)體(ti),利用(yong)電負性(xing)的(de)(de)氮和金(jin)(jin)屬之間的(de)(de)相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong),提高(gao)了(le)納米(mi)金(jin)(jin)屬在炭(tan)(tan)載(zai)(zai)體(ti)上的(de)(de)分散度以及催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)抗燒結與(yu)抗流失(shi)能(neng)力,從而大(da)幅度提高(gao)了(le)納米(mi)金(jin)(jin)屬的(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)效(xiao)率,并且簡化(hua)(hua)了(le)后續(xu)分離(li)過程。該研究也得(de)到了(le)浙江省自(zi)然科學(xue)基金(jin)(jin)的(de)(de)大(da)力支持(chi)。

受(shou)饅頭內部星宿結構(gou)啟發解決(jue)催化(hua)劑載(zai)體制備難題(ti)。據(ju)王勇課題(ti)組的(de)研究發現,以(yi)具有多級孔道結構(gou)的(de)氮摻雜炭(tan)材料作為載(zai)體,負載(zai)納米金屬后制成(cheng)(cheng)的(de)新型催化(hua)劑,不僅顯著地提高了(le)催化(hua)效率(lv),同時(shi)實現了(le)多次回(hui)收利(li)用(yong),在成(cheng)(cheng)本(ben)上(shang)得到了(le)有效控制。如在維生素H合成(cheng)(cheng)的(de)一步加氫反應中,相比于傳統的(de)鈀炭(tan)催化(hua)劑,新型催化(hua)劑中貴金屬的(de)使用(yong)量下降(jiang)了(le)80%,同時(shi)可回(hui)收利(li)用(yong)15次以(yi)上(shang),大幅度(du)地降(jiang)低了(le)生產(chan)成(cheng)(cheng)本(ben)。

不過,要想從(cong)納米尺(chi)度(du)甚至是原子、分子尺(chi)度(du)對催化(hua)劑進行調(diao)控可不容(rong)易,為此課(ke)題組可謂(wei)絞盡了腦(nao)汁。改(gai)變材(cai)(cai)料結構、改(gai)變材(cai)(cai)料特性(xing)、提升金屬附著力(li)……從(cong)項目立項以來,王勇帶領科研團隊(dui)做了不下百(bai)次實驗,但始終未能有(you)效(xiao)突破,直(zhi)到有(you)一次早(zao)餐桌上的啟發。

“經過(guo)多次改良后,課(ke)題(ti)組仍未有大的(de)突破,讓所有人都(dou)略顯(xian)沮喪。不過(guo)一次早餐時偶然掰開饅頭受(shou)到的(de)啟發(fa),改變了整個局勢(shi)。”王勇回憶說,在經過(guo)小(xiao)蘇打發(fa)酵過(guo)后蒸出來(lai)的(de)饅頭,內部形成了不規則的(de)蜂窩孔道結構,為什么我們(men)的(de)材(cai)料不能向饅頭“學習”呢?

帶(dai)著從(cong)餐(can)桌上得(de)到(dao)的(de)(de)啟發,王勇和課題組(zu)成(cheng)員(yuan)回(hui)到(dao)實(shi)(shi)驗室(shi)第一時(shi)間(jian)著手實(shi)(shi)驗,開發了用(yong)碳酸(suan)鹽替代傳(chuan)統(tong)火(huo)堿作為(wei)助劑(ji),利(li)用(yong)物(wu)理膨脹(zhang)結(jie)合化(hua)(hua)學活化(hua)(hua)的(de)(de)方法(fa)(fa),實(shi)(shi)現了從(cong)原始生物(wu)質如竹子、椰殼等一步法(fa)(fa)制(zhi)備得(de)到(dao)同時(shi)含(han)有豐富大孔(kong)、介孔(kong)及(ji)微孔(kong)的(de)(de)多(duo)(duo)級(ji)孔(kong)炭材(cai)料(liao)(liao)。實(shi)(shi)驗證(zheng)明,這些具有與饅頭(tou)內(nei)部類(lei)似的(de)(de)多(duo)(duo)級(ji)孔(kong)道(dao)材(cai)料(liao)(liao),是優(you)異的(de)(de)納米金屬載體材(cai)料(liao)(liao),同時(shi)該(gai)方法(fa)(fa)原料(liao)(liao)廉價易得(de),添加(jia)劑(ji)便(bian)宜,方法(fa)(fa)簡單,可持續性(xing)強,極具規模化(hua)(hua)生產的(de)(de)潛力。

    如(ru)今,王勇的相(xiang)關技(ji)術已經邁入了產業(ye)化(hua)的第一步(bu),在與(yu)浙江新和成等企(qi)(qi)業(ye)的產學研合(he)作中,結(jie)合(he)企(qi)(qi)業(ye)節能降耗、綠色(se)工藝的相(xiang)關需求,將核心的催化(hua)劑(ji)技(ji)術與(yu)企(qi)(qi)業(ye)需求結(jie)合(he)起來,成功實現了企(qi)(qi)業(ye)的快速轉型升級。