福州大學(xué)團(tuán)隊(duì)取得突破性進(jìn)展 創(chuàng)造丙烷脫氫鉑基催化劑耐久性新紀(jì)錄

           5月29日從福州大學(xué)獲悉，福州大學(xué)化工學(xué)院、氟氮化工新材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鮑曉軍教授、朱海波教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、上海應(yīng)用物理研究所等單位，在“丙烷脫氫催化劑”領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出，通過(guò)分子篩孔道限域?qū)崿F(xiàn)鉑粒子的“擴(kuò)散—聚集—自鎖”，創(chuàng)制出具有抗燒結(jié)性能的超穩(wěn)定性丙烷脫氫鉑催化劑。

          5月28日，該團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了題為《分子篩中鉑的遷移—鎖定形成高穩(wěn)定的丙烷脫氫催化劑》的研究論文。今年4月10日，該團(tuán)隊(duì)在另一國(guó)際頂刊《科學(xué)》發(fā)表了丙烷脫氫無(wú)氯氧化自愈再生催化劑的相關(guān)成果。

          據(jù)介紹，丙烯是生產(chǎn)塑料、橡膠和纖維三大合成材料的重要基礎(chǔ)化工原料。丙烷脫氫技術(shù)憑借其生產(chǎn)丙烯的專屬性，已成為石化行業(yè)原料輕質(zhì)化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)路徑。截至2024年，國(guó)內(nèi)丙烷脫氫裝置的總產(chǎn)能已突破2300萬(wàn)噸/年。但丙烷脫氫鉑基催化劑在高溫反應(yīng)條件下，極易發(fā)生燒結(jié)而導(dǎo)致催化劑失活，開(kāi)發(fā)兼具高活性與高穩(wěn)定性的鉑基催化劑一直是丙烷脫氫技術(shù)革新面臨的重大挑戰(zhàn)。

          研究團(tuán)隊(duì)研制出超穩(wěn)定的丙烷脫氫鉑基催化劑。該催化劑以純丙烷為原料，在反應(yīng)溫度為550℃、丙烷轉(zhuǎn)化率接近熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率的條件下，首次實(shí)現(xiàn)了超6個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造了丙烷脫氫鉑基催化劑耐久性新紀(jì)錄。

          該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，將鉑粒子封裝在MFI分子篩的孔道中能在短期內(nèi)抑制其燒結(jié)失活；而在長(zhǎng)期的反應(yīng)中鉑粒子將緩慢從分子篩孔內(nèi)擴(kuò)散到外表面發(fā)生聚集，導(dǎo)致不可逆的失活。因而，避免鉑失活的根本途徑是防止其擴(kuò)散至分子篩外表面。

           團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鉑粒子的穩(wěn)定性取決于MFI分子篩b軸長(zhǎng)度。當(dāng)b軸長(zhǎng)度小于2微米時(shí)，鉑粒子因擴(kuò)散路徑較短迅速遷移到催化劑外表面，進(jìn)而發(fā)生不受限的聚集形成大顆粒，導(dǎo)致催化劑不可逆失活；當(dāng)b軸長(zhǎng)度大于2微米時(shí)，擴(kuò)散路徑的延長(zhǎng)致使鉑粒子在分子篩孔道內(nèi)發(fā)生聚集而長(zhǎng)大，長(zhǎng)大的鉑粒子最終被孔道“卡住”并被牢固鎖定，從而可有效避免鉑粒子的聚集失活。

          基于上述發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)提出通過(guò)分子篩孔道限域?qū)崿F(xiàn)鉑粒子的“擴(kuò)散—聚集—自鎖”，創(chuàng)制出具有抗燒結(jié)性能的超穩(wěn)定性丙烷脫氫鉑催化劑。

           據(jù)介紹，鮑曉軍、朱海波教授團(tuán)隊(duì)在丙烷脫氫鉑基催化劑領(lǐng)域經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)8年的持續(xù)攻關(guān)，取得了系統(tǒng)性突破。相隔48天先后在國(guó)際兩大頂刊發(fā)表研究成果，分別解決了鉑基催化劑無(wú)氯氧化再生與反應(yīng)穩(wěn)定性兩大挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)性研究成果不僅為貴金屬催化劑燒結(jié)及其無(wú)氯氧化再生這兩大催化領(lǐng)域公認(rèn)難題的解決提供了新思路，也為革新丙烷脫氫技術(shù)開(kāi)辟了新途徑。

          該項(xiàng)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和福建省“雛鷹計(jì)劃”等的資助。