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世界催化剂前沿技术介绍

世界催化剂前沿技术介绍

新型、高效催化剂的研制,是石油和化学工业实现跨越式发展的基础。近年来,国际上有关催化的研究中,近50%的工作围绕开发新型催化剂展开,且对其重视程度日益增加。另一显著特点,是新型催化剂的开发与环境友好密切联系,即要求催化剂及催化技术生产生活必须品的同时,从源头消除污染。从国际权威检索系统收录的研究论文数量来看,有关新型催化剂的报道自l990年至1999年至少增加了15倍,其中固体酸、固体碱、选择性氧化等新型催化剂发展极为迅速。固体酸催化剂是近年来国际上发展起来的一类新型催化剂,因其可在酯化、烷基化、异构化等重要反应中替代传统硫酸催化剂,并从源头杜绝污染,从而成为发展势头最为强劲的一类新型催化剂。

均相碱催化在化学品合成中占有相当比例,如环氧化物开环加成合成表面活性剂、酯交换制备精细化学品等,但因严重的污染问题对环境造成恶劣影响。近年来,以固体碱替代传统氢氧化钠等液碱催化剂已成为必然的发展趋势。

由于对催化剂活性、经济、环保的要求,煤液化催化剂的研究重点已经集中在超细粒分散型铁基催化剂的制备与加入方式上,今后的研究课题仍需在用离子交换法引入催化剂的方式、直接浸渍方法的改进、纳米级氧化铁和改性(硫化)氧化铁的应用、低浓度的可促进铁基催化剂活性提高的金属的加入等方面做工作。

世界催化剂前沿技术介绍

2.1.2 汽车尾气净化催化剂

随着汽车发动机新技术的应用及环保法规的日益严格,汽车尾气转化催化剂将呈以下发展趋势。首先,为提高燃料燃烧效率和减少CO排放,汽车发动机将逐渐采用贫燃技术。据有关报道,该发动机比常规发动机的燃料经济性高出20%~25%。由于氧气过剩,因而将NOX还原脱除就成为一技术难题。目前正在研究的解决方案包括NOX捕集、选择性还原和电热催化剂等,该技术可望于近期在欧洲工业化。其次是设计发动机冷启动时能快速预热的催化剂。

在欧洲和北美,汽车排放污染物主要是在催化转化器预热之前的早期排放引起的。在今后数年中,美国、欧洲和日本将生效的更为严格的排放限制主要是针对启动前20~30s尾气的净化。此外,汽车尾气转化催化剂生产商正致力于减少催化剂中的贵金属含量。第三是消除H2S的排放。刚装上催化转化器的汽车在行驶时会产生难闻的气味,这是由于催化转化器中积累的硫以H2S的形式排出,目前合适的解决办法正在研究之中。

2.1.3 光催化剂

20世纪 70年代初的石油危机不仅带来了光电化学的迅速发展,而且引起了对光催化剂领域的广泛关注。近 30年来,由于在环境治理、太阳能转换、临床医学等诸多方面的潜在应用,光催化及其相关技术得到了快速发展,尤其在污水处理和太阳能转换方面得到了广泛研究。

从光催化剂应用的前景来看,目前主要应用领域:一是二氧化钛涂层的自洁净功能。将二氧化钛镀在建筑材料、交通工具、室内装修材料的外表,利用生活中的太阳光、照明灯光即能分解这些表层的污染物,雨水清洗即实现自洁功能。二是超亲水性能用于制备防雾设备。如涂有超亲水光催化性薄膜的玻璃遇到水气时表面形成了均匀的水膜,所以镜像保持清晰。三是空气和水资源的净化。水处理的分类有各种不同领域,如对上下水源的处理,工厂排水、农业排水的处理等。在医学方面用来消灭病菌和病毒也受到极大的关注。此外,光催化反应还在防腐、印刷、光储存等诸多方面有着潜在的应用前景。

2.1.4 生物催化剂

生物催化剂技术是化学生物技术的一个组成部分,作为化学合成的一种手段或工具的重要性越来越大。消费者对新产品的需求、产业界要求提高收益并降低成本、政府和行政部门对加强管理的压力以及新技术出现和科学发明等推动了生物催化剂的应用。

巴斯夫公司开发新的生物催化工艺主要用于生产高附加价值产品,而不是通用化学品,它们包括氨基酸,如赖氨酸和蛋氨酸,辛烷羟基化生产辛醇,以及维他命,这对通用化学品业务如聚丙烯或聚苯乙烯尚不产生影响。

现已有许多生物催化领域获得突破。在制造生物医药方面,DSM公司开发了生物催化生产抗菌素中间体-7氨基乙酸基苄基头孢菌素酸(7ADCA)。一些化学公司正在开发新的生物催化途径制造工业化学品,杜邦与Tate & Lyle柠檬酸公司的合资企业开发生物途径生产1,3-丙二醇(PDO):杜邦公司聚三亚甲基对苯二甲酸酯(PTT)塑料的原材料。该合资企业已将发酵微生物工程化,从谷物糖类生产PDO。杜邦现通过化学合成生产PDO的PTT市场,可望2003年由生物法PDO装置取代。全世界现有几百万支队伍在进行生物催化研究,在今后十年内,预计会有许多研发机构会成功开发新的生物催化工艺应用于化学工业。生物催化剂在精细化学品市场中呈现出很高的增长率。

3. 国外柴油加氢处理催化剂近况

3.1 阿克苏-诺贝尔公司STARS和NEBULA催化剂技术

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