CO高效转化用纳米催化剂的可控制备与构效关系研究
结题报告
批准号:
91545201
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
370.0 万元
负责人:
郭国聪
学科分类:
B0103.团簇与纳米化学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴阿清、郭斌斌、孙径、王志巧、刘彬文、谭洪梓
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中文摘要
我国“富煤贫油少气”的特点使煤炭高效清洁利用成为重要国家战略。煤经合成气制甲醇、烯烃、乙二醇、石油等技术已产业化,然而,至今仍有许多重要的大宗化工产品未能实现产业化,其共性关键科学问题是催化剂的表界面结构对CO和氢气的吸附与活化、电子转移、选择性催化等构效关系规律仍有待深入认识;催化剂稳定性的内部结构因素至今仍知之甚少。本项目以煤经合成气制年需求量约130万吨的甲酸甲酯的催化反应为研究对象,针对上述科学问题,创新提出生产甲酸甲酯的气相法新技术,即“煤制甲酸甲酯”,以解决传统甲酸甲酯液相法技术的生产难题,通过研究催化剂的可控制备、表界面构效关系、载体效应和理论模拟,获得高活性、高选择、长寿命的负载型Pd纳米催化剂,并进一步将催化剂放大至100mL模试规模,开发出寿命大于500小时的新型催化剂,为“煤制甲酸甲酯”的中试和工业化生产奠定基础,从而实现甲酸甲酯工业生产从液相法到气相法的变革性突破。
英文摘要
The character of China’s resources “rich coal, deficient oil, lean gas” makes that the efficient and clean use of coal become the significant state strategy. The technologies of coal via syngas to methanol, olefins, ethylene glycol, oil have been achieved industrialization. However, there are still many important chemical products cannot be produced from coal as raw material. The common key scientific problems are that the structure-activity relationships of surface and interface structures of nanocatalysts and the adsorption and activation of CO and hydrogen, electron transfer, the selectivity of products still require deep understanding; the intrinsic structure factors of the stability of nanocatalysts are little known. In this proposal, we choose the catalytic reaction of coal via syngas to methyl formate, which has a demand of 1.3 million tons of annual, as our research object, and propose a new technology to produce methyl formate in vapor-phase called “coal to methyl formate” to solve the problems of traditional liquid-phase production process. Through the research of the controllable synthesis, the relationships of surface and interface structures and activities, the effects of support, and the theoretical simulation, we aim to develop supported Pd nanocatalysts with high activity, high selectivity and long life, and further enlarge the scale of supported Pd nanocatalysts to 100 mL to obtain new nanocatalysts with life more than 500 hours, which will lay solid foundation for the pilot plant test and and achieve the innovational breakthrough for the industrial production of “coal to methyl formate” from liquid-phase to vapor-phase.
我国“缺油、少气、煤炭相对丰富”的资源特点决定了发展“煤代油”的煤化工新技术是国家重大战略需求。煤炭高效清洁转化过程中,CO酯化是实现无机碳到有机碳转化的共性关键技术。中国科学院福建物质结构研究所郭国聪课题组创新开发出CO酯化制甲酸甲酯的变革性技术(简称煤制甲酸甲酯技术)。甲酸甲酯作为碳一化学的重要中间体,在医药和农业领域具有广泛用途,我国需求量约130万吨。甲酸甲酯的工业生产技术被德国BASF公司垄断。与BASF技术相比,煤制甲酸甲酯技术在反应过程、催化技术、工艺流程等方面具有重大创新:1)煤制甲酸甲酯技术属于气相催化反应,过程简单;2)开发了高性能纳米催化剂,对原料纯度要求低,对设备无腐蚀性,甲酸甲酯选择性大于96%,时空收率大于1400g∙L-1∙h-1;3)采用列管式固定床作为反应器,不存在催化剂与产物分离问题,生产过程具有连续性,生产规模可达到年产10–20万吨;4)经济效益比BASF技术高。通过基础研究和应用基础研究,研发出高活性、高选择、长寿命的纳米催化剂,并进一步将催化剂放大至公斤级规模。目前,已完成实验室小试、100mL催化剂500小时模试试验、公斤级催化剂全流程工艺1000小时单管试验。单管技术已通过中国化工学会组织的科技成果评价,评价委员会认为,合成气制甲酸甲酯全流程工艺单管技术(公斤级催化剂)为原创技术,特别是模块化、撬装模式具有创新性和示范作用,展现出良好的工业化前景和应用价值,达到了国际领先水平,一致同意通过科技成果评价。单管试验结束后,将启动千吨级中试。中试完成后,将编制并推广10–20万吨级工业生产工艺包,经济和社会效益显著。煤制甲酸甲酯技术有望打破BASF技术的垄断地位,发展成为更具市场竞争力的变革性生产技术,促进我国甲酸甲酯行业的升级换代,提升我国精细化工发展水平。
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CeO2-x quantum dots with massive oxygen vacancies as efficient catalysts for the synthesis of dimethyl carbonate
具有大量氧空位的CeO2-x量子点作为合成碳酸二甲酯的高效催化剂
DOI:10.1039/c9cc07584d
发表时间:2019
期刊:Chem. Commun.
影响因子:--
作者:Zhi-Qiao Wang;Ming-Jian Zhang;Xiao-Bing Hu;Vinayak P. Dravid;Zhong-Ning Xu;Guo-Cong Guo
通讯作者:Guo-Cong Guo
New Catalysts for Coal to Ethylene Glycol
煤制乙二醇的新型催化剂
DOI:10.1002/cjoc.201600746
发表时间:2017-06
期刊:Chinese Journal of Chemistry
影响因子:5.4
作者:Zhiqiao Wang;Zhongning Xu;Siyan Peng;Zhangfeng Zhou;Pengbin Pan;Lin Lin;Yeyan Qin;Guocong Guo;Yuangen Yao
通讯作者:Yuangen Yao
High-Performance RuCl3 Catalyst Systems for Hydro-Esterification of Methyl Formate and Ethylene
用于甲酸甲酯和乙烯加氢酯化的高性能 RuCl3 催化剂体系
DOI:10.1002/cjoc.201900084
发表时间:2019
期刊:Chinese Journal of Chemistry
影响因子:5.4
作者:Yan-Ru Li;Zhong-Ning Xu;Bing Bai;Zhi-Qiao Wang;Guo-Cong Guo
通讯作者:Guo-Cong Guo
DOI:10.1016/j.jechem.2017.07.015
发表时间:2017
期刊:Journal of Energy Chemistry
影响因子:13.1
作者:Lingyun Rong;Zhongning Xu;Jing Sun;Guocong Guo
通讯作者:Guocong Guo
Review on the synthesis of dimethyl carbonate
碳酸二甲酯的合成研究进展
DOI:10.1016/j.cattod.2018.02.021
发表时间:2018-10-15
期刊:CATALYSIS TODAY
影响因子:5.3
作者:Tan, Hong-Zi;Wang, Zhi-Qiao;Guo, Guo-Cong
通讯作者:Guo, Guo-Cong
大尺寸Ga2S3中远红外非线性光学晶体的生长及其OPO激光器件研究
非线性光学晶体材料
无机-有机杂化光致变色材料的结构设计和能级调控
新型中远红外NLO晶态材料的结构设计和晶体生长
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无机与共轭有机体复合功能材料的设计合成和光电性质
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