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洪恒飛 柯溢能?科技日?qǐng)?bào)記者?江耘
7月24日，記者從浙江大學(xué)獲悉，該校化學(xué)工程與生物工程學(xué)院肖豐收教授、王亮研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院鄭安民研究員團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一種控制催化劑表面微環(huán)境中水吸附-脫附平衡的策略，實(shí)現(xiàn)制備烯烴產(chǎn)品過程中催化劑效率翻倍——在250攝氏度下，一氧化碳的單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到63.5%，同時(shí)保持71.4%的碳?xì)浠衔餅榈吞枷N產(chǎn)物。研究論文近日發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)》。
烯烴是能源化工領(lǐng)域內(nèi)一類重要的基礎(chǔ)化工原料，可用來制備合成橡膠，塑料，纖維，潤(rùn)滑油及若干重要化工產(chǎn)品等。費(fèi)托合成是以一氧化碳和氫氣的混合氣體為原料，通常在鐵基或鈷基催化劑和適當(dāng)條件下合成碳?xì)浠衔锏墓に囘^程，是煤制烯烴的重要手段，但反應(yīng)過程存在反應(yīng)溫度高、效率不足等問題。如何提高催化劑低溫反應(yīng)活性的同時(shí)，又保持優(yōu)異的烯烴選擇性，是行業(yè)迫切需要解決的問題。
團(tuán)隊(duì)將普通紙面（左）和涂抹疏水材料的紙面（右）進(jìn)行防水性能對(duì)比。科研團(tuán)隊(duì)供圖
聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研究費(fèi)托合成過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，在一氧化碳加氫過程中生成一定量的水會(huì)吸附在催化劑表面，影響后續(xù)反應(yīng)底物的吸附與轉(zhuǎn)化，該現(xiàn)象在較低反應(yīng)溫度下更為明顯。團(tuán)隊(duì)通過催化劑和超疏水材料物理混合的方式，在催化劑表面構(gòu)筑特定的微觀環(huán)境，同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)物的脫附和抑制其再吸附，推動(dòng)反應(yīng)正向進(jìn)行。
“我們把原來被水遮擋的活性位點(diǎn)釋放出來，催化反應(yīng)就可以持續(xù)高效進(jìn)行。”王亮介紹說，聚二乙烯基苯具有超疏水的表面，當(dāng)混入催化體系后，反應(yīng)中生成的水就會(huì)迅速脫附和擴(kuò)散。雖然整個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)的氣氛組成沒有變化，但是活性位點(diǎn)所處的微觀環(huán)境會(huì)變得相對(duì)干燥，為催化劑持續(xù)高效工作提供了有利條件。
“發(fā)展低溫、高效的催化劑對(duì)于煤炭的清潔利用獲得大宗化學(xué)品具有重要意義。”肖豐收說，這種物理混合的新型催化體系，不需要改造現(xiàn)有工業(yè)反應(yīng)路線，就能夠高效率地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
