- 烷烴脫氫催化劑設(shè)計(jì)有了新途徑
- 發(fā)布日期：2023-03-30
3月28日獲悉，天津大學(xué)新能源化工團(tuán)隊(duì)成功打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)“試錯(cuò)法”局限，取得了開發(fā)重要化工催化材料的新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過合金催化劑“孤立度”描述符的構(gòu)建，只需向程序輸入催化劑結(jié)構(gòu)參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)烷烴脫氫催化劑“一鍵篩選”。
丙烯是全球產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣的基礎(chǔ)化工原料之一，在工業(yè)生產(chǎn)中作用巨大，是制造塑料、合成橡膠和合成纖維“三大合成材料”的基本原料，在紡織、制藥、醫(yī)療等領(lǐng)域有重要價(jià)值。丙烷脫氫法是目前市場(chǎng)占有率增長(zhǎng)最快、極具前景的丙烯生產(chǎn)技術(shù)之一。然而，我國現(xiàn)有的丙烷脫氫工藝主要依賴高價(jià)進(jìn)口的成熟工藝包，作為工藝核心的催化劑被發(fā)達(dá)國家牢牢把持。缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的丙烷脫氫催化劑成為國內(nèi)化工業(yè)的短板弱項(xiàng)。
據(jù)介紹，傳統(tǒng)丙烯生產(chǎn)工藝采用實(shí)驗(yàn)“試錯(cuò)法”研發(fā)催化劑，往往需要數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間，消耗大量人力物力財(cái)力。通常，采用“試錯(cuò)法”得到的催化劑結(jié)構(gòu)、組成較為復(fù)雜，導(dǎo)致催化劑—反應(yīng)性能的構(gòu)效關(guān)系難以明確。這也成為催化劑開發(fā)創(chuàng)新的“屏障”。近年來提出的基于“單位點(diǎn)”催化劑的概念實(shí)現(xiàn)催化劑電子、幾何結(jié)構(gòu)的可控調(diào)控與制備，是催化領(lǐng)域的長(zhǎng)期追求目標(biāo)。
天津大學(xué)該團(tuán)隊(duì)以“實(shí)踐論”為指導(dǎo)，提出了“催化微環(huán)境預(yù)測(cè)催化性能”的方法。他們創(chuàng)新算法，借助計(jì)算機(jī)程序發(fā)現(xiàn)了烷烴脫氫“單位點(diǎn)”合金催化劑的設(shè)計(jì)新途徑，只需獲得催化劑的電子、幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)“孤立度”，就能描述出烯烴選擇性等性能，從而加速遴選性能優(yōu)異的催化劑材料。基于該方法，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型鉑基催化劑貴金屬用量降低超60%，可大幅節(jié)約生產(chǎn)成本，提升催化劑的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，新型催化劑的丙烯選擇性優(yōu)于國際同類產(chǎn)品，在長(zhǎng)程穩(wěn)定性和再生循環(huán)測(cè)試中也保持穩(wěn)定。
近年來，天津大學(xué)新能源化工團(tuán)隊(duì)探索形成了“催化劑理性設(shè)計(jì)—精準(zhǔn)構(gòu)筑—應(yīng)用引領(lǐng)”的研究范例，建立了相對(duì)完整的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型高效丙烷脫氫催化劑的專利體系。“我們正在與行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)合作開展催化劑工程制備與工藝放大研究，實(shí)現(xiàn)新型丙烷脫氫成型催化劑的工程制備，加速突破國外催化劑技術(shù)壟斷。”該團(tuán)隊(duì)成員、天津大學(xué)化工學(xué)院博士生常鑫介紹說，“這項(xiàng)研究是化工、化學(xué)、材料、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科交叉的結(jié)果，將為相關(guān)領(lǐng)域催化劑設(shè)計(jì)和催化過程解析提供新思路，對(duì)加快工業(yè)催化劑創(chuàng)新開發(fā)具有重要意義。”
