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打破同類催化劑單次生產(chǎn)效率記錄 科學(xué)家成功利用二氧化碳合成對二甲苯
2025年06月12日 16:45:36 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:小王 點擊量:5702

據(jù)悉,安徽工業(yè)大學(xué)曾杰教授團隊與日本富山大學(xué)椿范立團隊合作,研制了新型“金屬氧化物-分子篩”復(fù)合催化劑,基于多步串聯(lián)催化過程,成功以二氧化碳和氫氣為原料直接合成對二甲苯,并創(chuàng)下該類催化劑單程時空收率的世界紀(jì)錄。

  對二甲苯,俗稱PX,是重要的芳烴化合物之一,主要用作生產(chǎn)聚酯纖維和樹脂、涂料、染料及農(nóng)藥的原料,也用作色譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和溶劑,還用于有機合成。正因為用途廣泛,PX的用量也十分巨大。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,我國每年約要消耗超3000萬噸的PX。與此同時,PX的獲取依賴加工重質(zhì)石油,這種方式存在能耗大、排放高等問題,因此生產(chǎn)PX也成為了目前工業(yè)碳排放的重災(zāi)區(qū)。據(jù)計算,每生產(chǎn)1噸PX,需要使用4噸石油,而整個過程會排放約3噸二氧化碳。正因如此,研究人員一直在研究更合適的對二甲苯生產(chǎn)方法。
 
  而就在近期,安徽工業(yè)大學(xué)等單位的科研人員針對這一問題給出了新的方案。據(jù)悉,安徽工業(yè)大學(xué)曾杰教授團隊與日本富山大學(xué)椿范立團隊合作,研制了新型“金屬氧化物-分子篩”復(fù)合催化劑,基于多步串聯(lián)催化過程,成功以二氧化碳和氫氣為原料直接合成對二甲苯,并創(chuàng)下該類催化劑單程時空收率的世界紀(jì)錄。
 
  與傳統(tǒng)方法相比,這種方法基于可再生能源電力制取氫氣來實現(xiàn)原料的供給,更高效的同時,也更加綠色。利用可再生能源電解水制氫,再與二氧化碳反應(yīng)直接制備對二甲苯的思路符合當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展的市場需求,為傳統(tǒng)高能耗、高排放的生產(chǎn)工藝提供替代方案。
 
  而作為該技術(shù)的關(guān)鍵,新型“金屬氧化物-分子篩”復(fù)合催化劑充當(dāng)?shù)氖欠磻?yīng)的“流水線”。催化劑中的金屬氧化物模塊負責(zé)催化二氧化碳加氫得到短鏈烯烴,分子篩模塊則負責(zé)催化短鏈烯烴的聚合、環(huán)化和芳構(gòu)化過程,最終產(chǎn)生對二甲苯。
 
  整個過程就像是把二氧化碳和氫氣先制作成小的“積木塊”,再通過搭建“積木塊”來構(gòu)造PX產(chǎn)品。為此研究團隊對分子篩模塊進行了“膠囊化”的精細設(shè)計。并對“膠囊”的外表面進行了鈍化處理。這既有利于促進中間體的傳質(zhì)過程,又可以避免對二甲苯進一步發(fā)生異構(gòu)化和烷基化等副反應(yīng)。
 
  測試結(jié)果顯示,使用1000克復(fù)合催化劑持續(xù)工作一天即可獲得1000.8克對二甲苯。更難能可貴的是,這種復(fù)合催化劑設(shè)計思路還有望擴展到其他涉及二氧化碳加氫反應(yīng)的體系中,從而實現(xiàn)對高附加值產(chǎn)物碳鏈長度、分子尺寸的“定制”。
 
本文參考資料來源:新華網(wǎng)、科技日報
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