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打破同類催化劑單次生產(chǎn)效率記錄 科學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：557
據(jù)悉，安徽工業(yè)大學曾杰教授團隊與日本富山大學椿范立團隊合作，研制了新型“金屬氧化物-分子篩”復合催化劑，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，也用作色譜分析標準物質(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)大學曾杰教授團隊與日本富山大學椿范立團隊合作，研制了新型“金屬氧化物-分子篩”復合催化劑，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，再與二氧化碳反應直接制備對二甲苯的思路符合當下可持續(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”復合催化劑充當?shù)氖欠磻?ldquo;流水線”。催化劑中的金屬氧化物模塊負責催化二氧化碳加氫得到短鏈烯烴，分子篩模塊則負責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。
測試結(jié)果顯示，使用1000克復合催化劑持續(xù)工作一天即可獲得1000.8克對二甲苯。更難能可貴的是，這種復合催化劑設計思路還有望擴展到其他涉及二氧化碳加氫反應的體系中，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
本文參考資料來源：新華網(wǎng)、科技日報
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