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介孔Mo-Al-Si催化剂酸位点定向调控及硫化氢资源化利用新途径与机理研究

批准号:
22106055
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陆继长
依托单位:
学科分类:
大气污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陆继长

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
煤洁净利用过程中产生的硫化氢是导致我国雾霾等大气污染的潜在原因之一。叔十二烷基硫醇(TDM)是合成树脂和橡胶等重要战略物资不可缺少的重要中间体。本项目针对硫化氢传统利用方法所获产品附加值低以及合成TDM过程存在关键科学技术问题尚未突破的难题,提出构筑过渡金属钼(Mo)协同硅(Si)-铝(Al)复合的介孔固体酸催化剂实现硫化氢高值资源化合成TDM的研究思路。拟通过构建多组分复杂作用下(Mo-Al-Si)的自组装体系,采用一步水热法精确调控介孔固体酸催化剂的酸位点性质和强度,建立固体酸位点结构与合成TDM催化性能之间的构效关系,揭示含硫物种之间的转化行为,阐明酸位点在合成TDM过程中的作用规律和反应机理。项目成果既可为合成TDM提供理论依据和技术支撑,也可为我国新型煤洁净利用过程产生的硫化氢脱除及资源化利用提供新途径。
英文摘要
Hydrogen sulfide produced during the clean utilization of coal is a potential cause for air pollution such as haze. Tertiary dodecyl mercaptan (TDM) is an indispensable important intermediate for resin, rubber and other important materials. In view of the fact that the products obtained by the current traditional desulfurization method for removing hydrogen sulfide is generally not high and the bottleneck in the TDM synthesis due to unsolved key scientific questions, this project proposed the construction of mesoporous solid acid catalyst assisted with a transition metal molybdenum (Mo) synergistic silicon (Si)-aluminum (Al) composite to realize the synthesis of TDM with high value from hydrogen sulfide. It is planned to build a multi-component complex action (Mo-Al-Si) self-assembly system and use a one-step hydrothermal method to precisely control the acid site properties and strength of the mesoporous solid acid catalyst. The project is mainly aimed to establish the structure-activity relationship between acid sites and the catalytic performance of synthesizing TDM, and to reveal the conversion behavior between sulfur-containing species as well as to clarify the action law and reaction mechanism in the process of synthesizing TDM. The project results can not only provide theoretical basis and technical support for the synthesis of TDM, but also provide an new way for the removal and the high-valued utilization of hydrogen sulfide generated by the clean coal utilization process in China.
项目针对煤洁净利用过程硫化氢传统利用方式产品附加值低和合成叔十二烷基硫醇高值资源化利用“卡脖子”关键核心技术难题,研发了一种耐硫耐高压耐腐蚀的叔十二烷基硫醇合成装置,建立了一套适用于低温高压条件下长链碳十二硫醇以及短链其他硫醇类副产物定性与定量分析的检测方法,开发了十二烯烃与硫化氢合成叔十二烷基硫醇的“气液固”非均相催化新工艺,基于热力学模型分析证实了低温下合成叔十二烷基硫醇的可行性。在前期基础上,采用酸位点锚定耦合限域策略合成了系列团簇钼基介孔固体酸催化新材料,通过精细控制Si/Al比和Mo/Al比等合成参数,实现了对催化剂孔径大小和酸性性质的调控,建立了活性“K-Sactive-Mov”物种与C-S偶联能力之间的结构-性能关联,显著提升了硫化氢催化合成叔十二烷基硫醇的反应活性和选择性,经动力学分析,催化反应活性和TOF值比传统酸性催化材料高约20倍,TDM选择性达100%,催化剂寿命在530小时内维持稳定,比现有系列传统酸性催化材料高约2-10倍,打破了现有材料合成叔十二烷基硫醇的技术瓶颈,可为煤洁净利用过程硫化氢高效高值利用和合成叔十二烷基硫醇技术突破提供理论基础和技术支撑。研究成果受到国内化学行业知名企业万华化学股份有限公司关注,成功开展硫化氢合成叔十二烷基硫醇应用前期小试攻关研究。
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