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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(duì)二甲苯
2025年06月12日 16:45:36
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：3424
據(jù)悉，安徽工業(yè)大學(xué)曾杰教授團(tuán)隊(duì)與日本富山大學(xué)椿范立團(tuán)隊(duì)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(guò)程，成功以二氧化碳和氫氣為原料直接合成對(duì)二甲苯，并創(chuàng)下該類催化劑單程時(shí)空收率的世界紀(jì)錄。
對(duì)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(shù)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(jī)合成。正因?yàn)橛猛緩V泛，PX的用量也十分巨大。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年約要消耗超3000萬(wàn)噸的PX。與此同時(shí)，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(wèn)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(jì)算，每生產(chǎn)1噸PX，需要使用4噸石油，而整個(gè)過(guò)程會(huì)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(duì)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(duì)這一問(wèn)題給出了新的方案。據(jù)悉，安徽工業(yè)大學(xué)曾杰教授團(tuán)隊(duì)與日本富山大學(xué)椿范立團(tuán)隊(duì)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(guò)程，成功以二氧化碳和氫氣為原料直接合成對(duì)二甲苯，并創(chuàng)下該類催化劑單程時(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)原料的供給，更高效的同時(shí)，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(duì)二甲苯的思路符合當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展的市場(chǎng)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(fù)責(zé)催化二氧化碳加氫得到短鏈烯烴，分子篩模塊則負(fù)責(zé)催化短鏈烯烴的聚合、環(huán)化和芳構(gòu)化過(guò)程，最終產(chǎn)生對(duì)二甲苯。
整個(gè)過(guò)程就像是把二氧化碳和氫氣先制作成小的“積木塊”，再通過(guò)搭建“積木塊”來(lái)構(gòu)造PX產(chǎn)品。為此研究團(tuán)隊(duì)對(duì)分子篩模塊進(jìn)行了“膠囊化”的精細(xì)設(shè)計(jì)。并對(duì)“膠囊”的外表面進(jìn)行了鈍化處理。這既有利于促進(jìn)中間體的傳質(zhì)過(guò)程，又可以避免對(duì)二甲苯進(jìn)一步發(fā)生異構(gòu)化和烷基化等副反應(yīng)。
測(cè)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(duì)二甲苯。更難能可貴的是，這種復(fù)合催化劑設(shè)計(jì)思路還有望擴(kuò)展到其他涉及二氧化碳加氫反應(yīng)的體系中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高附加值產(chǎn)物碳鏈長(zhǎng)度、分子尺寸的“定制”。
本文參考資料來(lái)源：新華網(wǎng)、科技日?qǐng)?bào)
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