納米催化劑展望

1、納米催化技術(shù)展望納米催化技術(shù)展望 能源領(lǐng)域的應(yīng)用 能源及其結(jié)構(gòu) 二氧化碳的排放與國際能源需求二氧化碳的排放與國際能源需求 全球每年排放到大氣中的co2總量168000mmt， 其中海洋，100000mmt； 植物腐爛，30000mmt； 動(dòng)植物呼吸，30000mmt； 人類行為，8000mmt。其中，一些不可避免的自然排放占有160000mmt的最大分量。 幸運(yùn)的是，海洋既能揮發(fā)，也能吸收大量的co2。 據(jù)估計(jì)，全球每年凈增的c02總量約3300mmt。二氧化碳的排放與國際能源需求二氧化碳的排放與國際能源需求催化劑的機(jī)遇與挑戰(zhàn)催化劑的機(jī)遇與挑戰(zhàn) ceo2納米催化劑上的水汽轉(zhuǎn)移反應(yīng)納米催化劑上的

2、水汽轉(zhuǎn)移反應(yīng)水汽轉(zhuǎn)移反應(yīng) 水汽轉(zhuǎn)移反應(yīng)設(shè)置為兩步進(jìn)行，第一步首先是co的水汽轉(zhuǎn)移反應(yīng)，在中溫條件下進(jìn)行，第二步是微量co的深度氧化過程。 nextech開發(fā)了ptceo2無機(jī)膜結(jié)構(gòu)催化劑 隨膜催化劑中ceo2粒度的持續(xù)下降其wgs反應(yīng)活性迅速提高。至納米尺度時(shí)，性能最佳。 催化裂化多產(chǎn)液化石油氣體(lpg)、柴油催化劑usy分子篩進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與修飾 催化裂化反應(yīng)結(jié)果 化工領(lǐng)域的應(yīng)用展望化工領(lǐng)域的應(yīng)用展望 v細(xì)化學(xué)品的合成，主要有以下幾種特點(diǎn)。v 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，熱穩(wěn)定性非常有限。這類藥用、農(nóng)用化學(xué)品往往含有多種官能團(tuán)，或者是異構(gòu)體、立體選擇性結(jié)構(gòu)等，合成難度較大。v 多步合成才能得到。如合成

3、藥用精細(xì)化學(xué)品一般需要510步，農(nóng)用化學(xué)品一般需要37步。v 合成一般在溫和條件下的溶液體系。一般為常壓、中低溫反應(yīng)，同時(shí)，采用小型(0.510m3)間歇反應(yīng)釜。v 市場容量也十分有限。藥用化學(xué)品一般為11000噸年，農(nóng)用化學(xué)品為50010000噸年。v 產(chǎn)品純度要求高。對于藥用化學(xué)品，純度一般要高于99，殘留金屬含量要低于100 x10-6，生物活性的對映體純度要高于98。v 開發(fā)周期短，一般為0.11.5年。v 附加值高。 藥用、農(nóng)用化學(xué)品等特殊的精細(xì)化學(xué)品的合成，長期以來，一直采用非催化的有機(jī)合成反應(yīng)。近年來，一些催化轉(zhuǎn)化過程相繼被報(bào)道，特別是一些多相催化體系的有機(jī)合成過程，顯示出獨(dú)特的

4、催化合成性能，引起廣泛關(guān)注。催化劑對精細(xì)化學(xué)品合成的貢獻(xiàn)v一是提供新的合成過程，二是有助于副產(chǎn)物的除去或轉(zhuǎn)化。一般地，應(yīng)從以下幾個(gè)方面去考慮：合成方法的可行性、環(huán)境友好性以及產(chǎn)品的成本等。目前，將多相催化劑應(yīng)用于精細(xì)有機(jī)合成反應(yīng)，主要有下述反應(yīng)途徑：v 芳香基化合物的選擇性加氫；v c三c選擇性加氫制備cis-烯烴；v 氯代芳烴的rosenmund還原；v 有機(jī)胺與羰基化合物的還原性烷基化反應(yīng)；v 硝基芳烴的加氫甲?；?；v 有機(jī)胺與醇類的直接烷基化反應(yīng)；v 有機(jī)胺、芳烴與醇類的直接烷基化反應(yīng)，v h2替代金屬、金屬氫化物、金屬硫化物的合成過程：v h2o2或o2替代金屬氧化物、氧化性酸類的合成

5、過程：v 固體酸堿取代均相酸堿。精細(xì)化學(xué)品合成方面的催化劑設(shè)計(jì)v在精細(xì)化學(xué)品合成方面，催化劑選擇性是最關(guān)鍵的指標(biāo)之一。這里，選擇性包括化學(xué)選擇性、位置選擇性、立體選擇性、對映體選擇性等。由于多選用選擇性更為優(yōu)越的過渡金屬均相催化劑，選用的反應(yīng)物、中間體成本較高，催化劑分離也較困難。因此，一般要求催化劑具有95以上的優(yōu)越選擇性。v將多相催化劑應(yīng)用于精細(xì)化學(xué)品的合成，關(guān)鍵在于催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對于應(yīng)用最為廣泛的金屬類催化劑，涉及金屬的種類(應(yīng)用最為廣泛的是ni、pd、pt、cu、rh、ru和雙金屬組分等)、催化劑類別(擔(dān)載型、粉末型、骨架型等)及其擔(dān)載量、載體的性質(zhì)(氧化鋁、氧化硅、活性炭等)等。

6、v 而對活性金屬而言，主要設(shè)計(jì)指標(biāo)有：擔(dān)載量、活性金屬表面積、金屬分散度(一般要求達(dá)到1060)、金屬晶粒大小(0.120nm)、在載體孔道的位置、氧化態(tài)的高低等。對載體而言，主要指標(biāo)是粒度大小、表面積高低、孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、酸堿性等性能。精細(xì)化學(xué)品的環(huán)境友好生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品的環(huán)境友好生產(chǎn) v主要有以下特點(diǎn)： v最好防止廢棄物的生成，而不是在廢棄物生成后再進(jìn)行處理或清除； 充分考慮原子的經(jīng)濟(jì)利用，即在設(shè)計(jì)合成方法時(shí)，考慮原料進(jìn)入最終產(chǎn)物的有效率，使所用的全部材料最大限度地進(jìn)入到最終產(chǎn)品中；v在合成過程中所使用與產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)對環(huán)境與人類健康沒有毒害；v化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到既能保持功能有效，又能盡量減少毒

7、性； 盡量不使用輔助物質(zhì)(如溶劑、分離劑等)，如果不得不使用，則它們應(yīng)是無毒物質(zhì)；v化學(xué)過程應(yīng)達(dá)到最小的能量需求，而且要考慮到對于環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上的影響，合成過程最好是在室溫和常壓下進(jìn)行；v原材料應(yīng)可以再利用，而不是一次耗盡；v避免使用不必要的添加物質(zhì)，如阻斷劑、保護(hù)劑與解除保護(hù)劑、物理化學(xué)過程的瞬時(shí)改良劑等； 盡量采用催化劑，其選擇性應(yīng)明顯優(yōu)于一般的化學(xué)反應(yīng)；v設(shè)計(jì)化學(xué)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)使其功能終結(jié)后不會(huì)在環(huán)境中長期存在，而是容易分解為無害的降解產(chǎn)物； 所開發(fā)的分析方法應(yīng)是能在線地和實(shí)時(shí)地應(yīng)用的方法，有害物質(zhì)生成之前就能對其進(jìn)行有效控制；環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用展望環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用展望 二氧化碳的排放源 全球化石能

8、源燃燒產(chǎn)生的二氧化碳分布情況 不同行業(yè)二氧化碳的排放情況 二氧化碳排放的控制 在二氧化碳減排方面，有五個(gè)技術(shù)選擇：選擇新的能源、提高能源效率、二氧化碳固定、二氧化碳分離以及二氧化碳利用。其中，選擇天然氣等新能源，以取代煤等傳統(tǒng)能源，可以有效降低二氧化碳的排放。對于傳統(tǒng)化石能源(煤、石油、天然氣)，其hc比約為：煤，0.81.2；石油，1.82.0；天然氣，34。隨hc比的提高，燃燒時(shí)二氧化碳的排放將隨之減少。因此，在使用前，如果能適度脫碳，或加氫，就可以顯著降低二氧化碳的排放。另外，可以選擇一些新能源，或者其他能源，如太陽能、水能、風(fēng)能、生物能等。 二氧化碳的固定 二氧化碳的富集、分離是二氧化

9、碳利用的第一步。二氧化碳分離是指從混合物體系通過物理與化學(xué)方法富集、分離出二氧化碳。物理分離方法有溶劑法、吸附法、膜分離法等。但是，現(xiàn)有分離方法耗時(shí)耗能、效率低、成本高。 化學(xué)固定方法 美國1999年分離回收的液態(tài)、固態(tài)二氧化碳產(chǎn)量約536萬噸，主要用于食品加工、制冷以及碳酸飲料業(yè)。而作為化工原料消耗的二氧化碳，僅在尿素合成方面就消耗約1000萬噸，其中用于生產(chǎn)化肥用尿素(495萬噸)、化工合成用尿素(847萬噸)?？梢钥闯?，化工利用二氧化碳仍是最主要的途徑，也是更有發(fā)展?jié)摿Φ耐緩健?76-3二氧化碳的應(yīng)用v以二氧化碳為原料或原料之一合成一些高附加值的化學(xué)品或者材料 v充分利用二氧化碳一些獨(dú)特

10、的物理、化學(xué)性能 v取代現(xiàn)有化工過程中一些有毒、低效原料或溶劑 v二氧化碳用于驅(qū)油、驅(qū)氣，以提高采收率 v以二氧化碳為碳源合成化學(xué)品或燃料 v將二氧化碳在類似的地質(zhì)條件下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為化石能源 汽車尾氣凈化 汽車的主要燃料依然是化石能源加工的液體燃料。這些燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生一些污染氣體。汽車尾氣主要是二氧化碳，其中還含有nox、co、sox以及未完全燃燒的烴類物質(zhì)。這類汽車尾氣的大量排放，造成城市區(qū)域大氣的嚴(yán)重污染。隨著世界各國汽車生產(chǎn)量的迅速增長，汽車保有量相應(yīng)劇增，汽車尾氣對大氣的污染也越來越嚴(yán)重。在一些大城市，汽車尾氣已成為大氣污染的主要原因。 柴油組成對車輛排放氣體質(zhì)量的影響 我國柴油質(zhì)量現(xiàn)

11、狀 柴油改質(zhì)的作用v減少尾氣中有毒氣體的排放量 v減少顆粒物的排放 v尾氣催化轉(zhuǎn)化器需用低硫或無硫燃料 v加氫脫芳烴需先行脫硫 v減少發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕與磨損 柴油改質(zhì)中的納米技術(shù) 閻子峰等將合成的納米介孔碳分子篩應(yīng)用于催化柴油的吸附改質(zhì)，發(fā)現(xiàn)這類具有特殊納米介孔結(jié)構(gòu)的碳分子篩顯示出優(yōu)越的改質(zhì)性能。其xrd譜圖。如這類納米介孔結(jié)構(gòu)碳分子篩表面積很高，介孔結(jié)構(gòu)十分發(fā)達(dá)，并且分布集中，同時(shí)內(nèi)表面還富集各類活性集團(tuán)，很適合對劣質(zhì)柴油進(jìn)行處理。但單純使用該基質(zhì)材料，還不能達(dá)到處理要求。為此，利用一些特殊的表面修飾改性手段，在基質(zhì)碳分子篩上錨定一些特殊活性基團(tuán)，使基質(zhì)材料表面具有多種活性結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)對劣質(zhì)柴油

12、改質(zhì)的需要。表是經(jīng)納米介孔分子篩吸附改質(zhì)后的評價(jià)結(jié)果。表面修飾的改質(zhì)劑具體特點(diǎn) v 改質(zhì)條件溫和，改質(zhì)溫度在50100之間，完全可以利用再生余熱實(shí)現(xiàn)熱量優(yōu)化使用。v 納米介孔結(jié)構(gòu)碳分子篩具有表面酸性，能有效處理柴油中堿氮組分，脫氮率可達(dá)80以上。v 納米介孔結(jié)構(gòu)碳分子篩可脫除柴油中的酸性硫組分，如硫醇，脫硫醇率高達(dá)90以上，具有很高的脫臭能力。v 利用納米介孑l結(jié)構(gòu)碳分子篩特征的孔結(jié)構(gòu)，可以有效地脫除柴油中的石蠟組分，有效降低柴油的凝固點(diǎn)，降幅一般在38oc范圍。v 納米介孔結(jié)構(gòu)碳分子篩可以有效脫除稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)等重組分，改善柴油的色度、安定性等性能。v 改質(zhì)處理過程中，由于不存在烯烴飽和等過程，因此改質(zhì)后汽油的辛烷值明顯改善，一般提高25單位；有效避免了加氫精制帶來的辛烷值下降的問題。v 這類柴油改質(zhì)劑，可以在相對溫和條件下得以再生，使用壽命長，可達(dá)1500g柴油(g改質(zhì)劑)，汽油改質(zhì)劑，使用壽命可達(dá)2500g汽油(g改質(zhì)劑)。廢水處理廢水處理 廢水處理就是將工業(yè)、生活廢水中含有