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《德国应用化学》刊发王朝副研究员最新科研成果

发布:2022-08-11 15:56 来源:新材料研究所

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近日,我校材料复合新技术国家重点实验室-生命复合材料实验室王朝副研究员联合广东佛山仙湖实验室及比利时那慕尔大学在石油化工选择性催化加氢的低能耗、高安全性反应新路径的开发方面取得了重要进展。研究成果以“Light-Assisted Semi-Hydrogenation of 1,3-Butadiene with Water”(以水为氢源的光辅助1,3-丁二烯选择性催化加氢)为题,在国际化学顶级期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie)上在线发表。硕士研究生卫琦琛和陈雅为共同一作。

低碳单烯烃是石油化工最主要原料,预计到2027年仅丙烯的全球市场规模就将达到12840万吨。低碳单烯烃中二烯烃和炔烃杂质会毒化单烯烃聚合反应催化剂,选择性催化二烯烃和炔烃杂质加氢是石油化工生产过程中必不可少的步骤。当前工业中主要使用在过量气态氢 (H₂)存在条件下,高温的热催化反应实现单烯烃内除杂。然而该过程能耗大,危险性高,氢气浪费严重,且单烯烃产物选择性低。开发新型高效绿色环保选择性加氢新工艺是当前石油化工产业升级的迫切需求。

针对以上问题,王朝副研究员及其合作团队以工业需求为导向,深入解析了传统炔烃/二烯烃在Pd基催化剂表面选择性加氢热催化过程中的引起高能耗和高氢耗问题的关键科学问题,基于DFT理论计算指导,创新性地提出将光催化半反应引入到该化学工艺过程中,利用光解水产生的吸附态的氢原子为氢源,以丁二烯为探针分子,结合非均相催化反应过程中的催化反应动力学和扩散传质动力学过程,设计了体流动固定床反应器,首次实现了光辅助条件下、常温、无气态氢参入的高活性、高选择性、高稳定性的选择性催化加氢新工艺。在66mW cm-2的光照强度(低于日照强度)下,Pd/TiO催化剂对丁二烯的催化转化率高达99%以上,对产物丁烯的选择性维持在100%左右。不仅如此,相较于传统热催化路径(Pd/AlO,过量H),以水为氢源光辅助路径表现出优越的稳定性,经过180小时的稳定性测试,丁二烯转化率仍维持在99%左右。

他们开发的新技术颠覆了传统石油化工加氢的高能耗、高氢耗、高危险性工艺,对石油化工加氢向低能耗、高安全性的产业升级提供了重要思路和技术支撑。

王朝副研究员,法国巴黎第六大学理学博士,2019年受聘于澳门·威尼斯人(中国)官方网站材料复合新技术国家重点实验室助理研究员,同年获批国家级、省部级项目各1项,2020年晋升为副研究员、硕士生导师,从事等级孔功能材料在能源环境催化领域的应用基础研究。

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