高性能加氢催化剂的开发及产业化应用

开发碳氮材料纳米催化剂助推产业升级

      谈及化工，人们总会将“高污染、高毒性”等词语与之联系起来。不过近年来“绿色化工”概念的提出，要从工艺源头上就运用环保的理念，使化学工业环境污染的治理由先污染后治理转向从源头上根治环境污染。改革开放以来，浙江医药产业依靠体制、机制的先发优势，克服了复杂多变的国内外经济环境的严峻挑战，成为浙江省重要的主导产业之一。不过即便如此，面对环境友好、节能减排等压力，近年来我省医药产业面临着十分巨大的转型升级压力。医药产业如何转型升级？在浙江大学化学系催化所所长王勇教授看来，针对制药工艺中设计的催化剂俨然成为了决定行业转型升级成功与否的关键。王勇告诉记者，活性炭或者多孔炭在化学工业中常被用作催化剂载体，但是活性炭地域差异大，孔道主要是微孔，作为载体负载得到的催化剂催化效率低、纳米金属容易流失，从而导致生产成本高，环境污染严重。该课题组通过开发一系列的氮掺杂多孔炭材料作为新颖的载体，利用电负性的氮和金属之间的相互作用，提高了纳米金属在炭载体上的分散度以及催化剂的抗烧结与抗流失能力，大幅度提高了纳米金属的催化效率，而且简化了后续分离过程。该研究也得到了浙江省自然科学基金的大力支持。

受馒头内部蜂窝结构启发,解决催化剂载体制备难题

      据王勇课题组的研究发现，以具有多级孔道结构的氮掺杂炭材料作为载体，负载纳米金属后制成的新型催化剂，不仅显著地提高了催化效率，同时实现了多次回收利用，在成本上得到了控制。如在维生素H合成的一步加氢反应中，相比于传统的钯炭催化剂，新型催化剂中贵金属的使用量下降了80%，同时可回收利用15次以上，大幅度地降低了生产成本。不过，要想从纳米尺度甚至是原子、分子尺度对催化剂进行调控可不容易，为此课题组可谓绞尽了脑汁。改变材料结构、改变材料特性、提升金属附着力……从项目立项以来，王勇带领科研团队做了不下百次实验，但始终未能有效突破，直到有一次早餐桌上的启发。“经过多次改良后，课题组仍然未能有大的突破，让所有人都略显沮丧。不过一次早餐时偶然掰开馒头受到的启发，改变了整个局势。”王勇回忆说，在经过小苏打发酵过后蒸出来的馒头，内部形成了不规则的蜂窝孔道结构，为什么我们的材料不能向馒头“学习”呢？带着从餐桌上得到的启发，王勇和课题组成员回到实验室第一时间着手实验，开发了用碳酸盐作为助剂，利用物理膨胀结合化学活化的方法，实现了从原始生物质如竹子、椰壳一步法制备得到大孔、介孔及微孔丰富的多级孔炭材料。实验证明，这些个具有与馒头内部类似的多孔道材料，是优异的纳米金属载体材料，同时该方法原料廉价易得，添加剂便宜，方法简单，可持续性强，具有规模化生产的潜力。

如今，王勇的相关技术已经迈入了产业化的第一步，在与浙江新和成等企业的产学研合作中，结合企业节能降耗、绿色工艺的相关需求，王勇将核心的催化剂技术与企业需求结合起来，实现了企业的转型升级。