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合成氯乙烯金基无汞催化剂项目获奖 2021-06-11

  6月6日,记者从南开大学了解到,由南开大学化学学院李伟教授领衔完成的合成氯乙烯金基无汞催化剂的研发与工业应用项目,获得天津市科学技术奖2020年度技术发明一等奖。

  氯乙烯是合成聚氯乙烯(PVC)的单体,其成熟的合成方法有两种:乙炔法和乙烯法,以煤炭为原料的乙炔法路线是我国PVC生产的主流工艺。目前,在氯乙烯合成的核心催化环节,几乎全部使用活性炭负载的氯化汞催化剂,这导致PVC生产成为我国用汞量最大的行业。汞催化剂的使用正面临严峻的挑战,一方面,汞矿的枯竭及政策性关闭导致汞的价格上涨,另一方面,由于汞的毒性,氯乙烯单体生产中汞的流失给人类和环境带来严重威胁。着眼于研发绿色无汞催化剂来解决和替代目前工业PVC生产中使用的剧毒汞催化剂,是我国当前亟待解决的重大科学技术难题之一。

  李伟团队从2009年开始进行无汞催化剂的研发工作。针对金基催化剂成本过高、在工业使用条件下长周期稳定性下降的难题,项目团队重点设计并制备了高活性、超低含量金基催化剂,并研究了其在工业原料气中的反应路径和失活机理。

  他们通过构筑金属配位化合物作为活性域的策略提高了金组分的分散度,提升了催化剂的活性,提高了金基催化剂中Au3+和Au+在工业原料气中的抗还原性能。通过结合小试实验、工业侧线实验、原位表征和理论计算,该团队研究了催化剂的反应机理和抗还原性能,初步揭示了催化剂的积碳生成机制,从而提升了催化剂的长周期稳定性。此外,在构筑长寿命催化剂的同时,团队也开发了失活催化剂的线上和线下再生方案,增加催化剂的循环使用次数,降低催化剂单耗,并提出了相应的失活催化剂再生方案。

  该团队已与多家PVC企业合作开发实现了无汞催化剂的工业化生产和应用,并于2019年与企业合作建成国内第一条无汞催化剂千吨级生产线,还获得发明专利授权10项,发表SCI论文16篇,获天津市2018年专利创业奖1项。

  目前,我国已出台政策,强制2020年后新建PVC企业禁止使用含汞催化剂,并大力支持无汞催化剂的研发。李伟团队通过开发高效绿色无汞催化剂及其相关配套生产和使用技术,实现氯乙烯的无汞化生产,从源头上彻底解决PVC行业汞污染问题,实现PVC产业技术升级,促进氯碱行业健康、稳定和可持续发展。


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