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中化新網(wǎng)訊 6月6日，記者從南開大學(xué)了解到，由南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院李偉教授領(lǐng)銜完成的合成氯乙烯金基無汞催化劑的研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用項目，獲得天津市科學(xué)技術(shù)獎2020年度技術(shù)發(fā)明一等獎。
氯乙烯是合成聚氯乙烯(PVC)的單體，其成熟的合成方法有兩種：乙炔法和乙烯法，以煤炭為原料的乙炔法路線是我國PVC生產(chǎn)的主流工藝。目前，在氯乙烯合成的核心催化環(huán)節(jié)，幾乎全部使用活性炭負載的氯化汞催化劑，這導(dǎo)致PVC生產(chǎn)成為我國用汞量最大的行業(yè)。汞催化劑的使用正面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，一方面，汞礦的枯竭及政策性關(guān)閉導(dǎo)致汞的價格上漲，另一方面，由于汞的毒性，氯乙烯單體生產(chǎn)中汞的流失給人類和環(huán)境帶來嚴重威脅。著眼于研發(fā)綠色無汞催化劑來解決和替代目前工業(yè)PVC生產(chǎn)中使用的劇毒汞催化劑，是我國當前亟待解決的重大科學(xué)技術(shù)難題之一。
李偉團隊從2009年開始進行無汞催化劑的研發(fā)工作。針對金基催化劑成本過高、在工業(yè)使用條件下長周期穩(wěn)定性下降的難題，項目團隊重點設(shè)計并制備了高活性、超低含量金基催化劑，并研究了其在工業(yè)原料氣中的反應(yīng)路徑和失活機理。
他們通過構(gòu)筑金屬配位化合物作為活性域的策略提高了金組分的分散度，提升了催化劑的活性，提高了金基催化劑中Au3+和Au+在工業(yè)原料氣中的抗還原性能。通過結(jié)合小試實驗、工業(yè)側(cè)線實驗、原位表征和理論計算，該團隊研究了催化劑的反應(yīng)機理和抗還原性能，初步揭示了催化劑的積碳生成機制，從而提升了催化劑的長周期穩(wěn)定性。此外，在構(gòu)筑長壽命催化劑的同時，團隊也開發(fā)了失活催化劑的線上和線下再生方案，增加催化劑的循環(huán)使用次數(shù)，降低催化劑單耗，并提出了相應(yīng)的失活催化劑再生方案。
該團隊已與多家PVC企業(yè)合作開發(fā)實現(xiàn)了無汞催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，并于2019年與企業(yè)合作建成國內(nèi)第一條無汞催化劑千噸級生產(chǎn)線，還獲得發(fā)明專利授權(quán)10項，發(fā)表SCI論文16篇，獲天津市2018年專利創(chuàng)業(yè)獎1項。
目前，我國已出臺政策，強制2020年后新建PVC企業(yè)禁止使用含汞催化劑，并大力支持無汞催化劑的研發(fā)。李偉團隊通過開發(fā)高效綠色無汞催化劑及其相關(guān)配套生產(chǎn)和使用技術(shù)，實現(xiàn)氯乙烯的無汞化生產(chǎn)，從源頭上徹底解決PVC行業(yè)汞污染問題，實現(xiàn)PVC產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，促進氯堿行業(yè)健康、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。
