近日，記者在采訪中獲悉，中北大學(xué)綠色催化研究所李裕博士帶領(lǐng)團隊，歷經(jīng)8載磨煉，完成山西省科技重大專項“磁載鈦硅基催化劑制備及磁分離反應(yīng)裝置開發(fā)”，開發(fā)了多種磁性催化劑：磁性介孔氧化鈦、磁性炭基光催化劑、磁性鈦硅分子篩、磁性加氫催化劑、磁性全硅分子篩、磁性固體堿、磁性固體酸、磁性烯烴吸附劑、磁性4A分子篩、磁性MCM-41等10余種磁性催化劑。同時，他們成功地將磁性催化劑應(yīng)用于難降解有機廢水處理、糠醛加氫制糠醇綠色新工藝、F-T油合成PAO新工藝、RT生產(chǎn)廢水中選擇性分離四甲基氫氧化銨催化劑等。這意味著磁性催化劑的批量合成及工業(yè)化應(yīng)用取得顯著進步。
據(jù)了解，磁性催化劑可以很好解決懸浮態(tài)微納米催化劑固液分離難題。懸浮態(tài)微納米催化劑是一類具有良好催化活性和選擇性、高效傳熱傳質(zhì)效率、較短擴散距離和較低內(nèi)擴散阻力的催化劑，在液-固體系和氣-液-固催化反應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。然而，懸浮態(tài)微納米催化劑的固液分離非常困難，傳統(tǒng)固液分離方式幾乎是無能為力，直接制約著微納米催化劑大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，這也是催化領(lǐng)域國內(nèi)外同行面臨的國際共性難題。
磁性催化劑的出現(xiàn)很好地解決這類難題，基本思路是納米磁性顆粒為內(nèi)核，催化活性組分包覆于磁性顆粒表面，構(gòu)成殼核型或混合型的磁性催化劑。由于其宏觀尺度仍控制在微納米范疇，就保留了懸浮態(tài)催化劑的高催化活性特征，同時反應(yīng)結(jié)束后，在外部磁場作用下實現(xiàn)快速固液分離。
據(jù)李裕介紹，近年來，磁性催化劑已成為綠色催化研究的熱點，大多數(shù)研究仍集中于磁性催化劑的控制合成理論和性能評價等方面，尤其是在磁性催化劑的批量合成及工業(yè)化應(yīng)用仍處于探索研究階段。而此次技術(shù)的突破將有助于磁性催化劑大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
據(jù)了解，李裕依托磁性催化劑核心技術(shù)，開發(fā)了高度集成的實驗室綜合廢水處理器，其技術(shù)原理是利用磁性催化劑的良好吸附功能，
將廢水中有機物快速捕獲，在臭氧作用和UV紫外光作用下，實現(xiàn)有機污染物的高效降解，磁性催化劑在磁分離器作用回收循環(huán)利用。該技術(shù)成果有望解決我國實驗室綜合廢水無序排放的狀態(tài)。
當(dāng)前，李裕博士團隊已將磁性催化劑應(yīng)用于費托法琢-烯烴原料制備聚琢烯烴（PAO）合成基礎(chǔ)油工藝。該工藝在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生部分PAO乳化液副產(chǎn)物，造成PAO損失，且這部分副產(chǎn)物極難處置。利用磁性催化劑開發(fā)的PAO生產(chǎn)中催化劑，徹底顛覆了傳統(tǒng)工藝中的“堿中和”理念，從工藝源頭上解決PAO乳化液和污染物產(chǎn)生的問題。
除此之外，磁性催化劑應(yīng)用于從RT培司生產(chǎn)廢液選擇性分離四甲基氫氧化銨也取得了重要進展。RT培司(4-氨基二苯胺)是生產(chǎn)橡膠防老劑的重要中間體，廣泛應(yīng)用于染料、紡織、印刷、制藥和橡膠助劑等行業(yè)。然而，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生吩嗪、偶氮苯和苯胺等少量副產(chǎn)物，長時間累積循環(huán)導(dǎo)致系統(tǒng)黏度增加，脫水困難，通過提高脫水溫度和補充催化劑在短期內(nèi)可以維持系統(tǒng)運行。但是，每隔兩年系統(tǒng)必須全部更換新鮮催化劑，更換的循環(huán)廢液色度高、氣味重、黏度大、組成復(fù)雜，極難處置。RT培司生產(chǎn)廢液的處置是國際性難題，也是長期制約橡膠防老劑行業(yè)清潔生產(chǎn)的瓶頸問題。
將磁性催化劑應(yīng)用于此，成功地從RT培司生產(chǎn)廢液中分離出四甲基氫氧化銨，分離出的四甲基氫氧化銨可以作為新鮮催化劑投放到系統(tǒng)，不僅解決了RT生產(chǎn)廢液的處置問題，也回收了高附加值的產(chǎn)品。從RT培司生產(chǎn)廢液中分離回收四甲基氫氧化銨的工藝簡潔，投資費用不高，運行費用低，每噸RT培司生產(chǎn)廢液處理成本低于400元，自控程度高，勞動強度小，企業(yè)實現(xiàn)安全、清潔、高效生產(chǎn)。
李裕介紹，磁性催化劑正在為化學(xué)工業(yè)及相關(guān)過程工業(yè)領(lǐng)域清潔生產(chǎn)帶來重大變革，在解決資源、環(huán)境和經(jīng)濟三者矛盾和統(tǒng)一過程中將發(fā)揮至關(guān)重要的作用，有望從源頭上實現(xiàn)控制污染、節(jié)能降耗和節(jié)省資源。（記者 劉雅文）
轉(zhuǎn)自：中國化工報
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