工業催化的案例
工業催化200年，盤點那些改變人類社會的工業催化劑！
前言：
催化在人類文明進步與世界經濟發展中扮演著非常重要的角色。它能夠以一種高效，綠色和經濟的方式將原材料轉變為具有高附加值的化工產品和燃料等，因而被廣泛應用于能源，化工，食品，醫藥，電子等各個領域。目前，全世界90%以上的化學生產過程都離不開催化。毫不夸張地說，催化領域的每一次重大突破，都極大地改變了人類的生產與生活方式。今天簡單地盤點一些工業催化領域中重要的催化反應和催化劑。
備注：本文主要參考Jens Hagen教授編寫的《Industrial Catalysis》一書
1. 硫酸工業
1740年英國醫生J.沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠；
1746年英國J.羅巴克建立了鉛室反應器，生產過程中由硝石產生的氧化氮實際上是一種氣態的催化劑，這是利用催化技術從事工業規模生產的開端。
標志性事件1：1806年，法國科學家C. B. Dersomers和N. Clement闡明了在氧化氮作用下，SO2轉化成SO3的機理
標志性事件2：1875年德國人E.雅各布建立了第一座生產發煙硫酸的接觸法裝置，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業催化劑的先驅。
標志性事件3：1888年德國BASF公司的化學家Rudolf Knietsch開發了一種經濟高效的替代工藝，采用目前廣泛使用的V2O5為催化劑，這種硫酸接觸工藝不但使巴斯夫一躍成為當時全球最大的硫酸生產商，也為催化加工鋪平了道路。
備注：硫酸廣泛用于各個工業部門，主要有化肥工業、冶金工業、石油工業、機械工業、醫藥工業、洗滌劑、軍事工業、原子能工業和航天工業等，還用于生產染料、農藥、化學纖維、塑料、涂料，以及各種基本有機和無機化工產品。世界大戰期間，硫酸工業的發展與軍事工業緊密聯系在一起，硫酸工業是一個國家軍事力量的風向標。
2.
展開 │揚州大學工業催化課題組g-C?N?超低負載單原子Co催化環己烷高效氧化
尤其，制備得到的單原子Co具有高的催化穩定性，經十次循環后性能無明顯降低，催化結構也無明顯變化。動力學分析、DFT計算以及自由基捕獲實驗表明，單原子Co上環己烷氧化的活化能顯著降低，這是因為O2解離生成的高活性單原子O物種參與了氧化反應，并導致反應機制由自由基機理向表面催化機理轉變（圖2）。
圖2. （a）g-C3N4和（b）Co/g-C3N4上環己烷氧化反應勢能面（黑實線為最優反應路徑；淺藍色、紅色、灰色、藍色分別代表Co、O、C、N）。右側為環己烷自氧化和單原子Co催化環己烷氧化機理示意圖。
作者簡介
袁恩先
，揚州大學化學化工學院，講師，研究方向：1. 飽和烷烴氧化非貴金屬催化劑開發；2. 2,3-丁二醇選擇性脫氫高穩定性Cu基催化劑的制備及反應機理研究；3. 芳香性羰基化合物（蒽醌、糠醛）高效加氫Pd基催化劑的制備及反應機理研究。
本人所在的揚州大學工業催化課題組依托化學工程與技術學科，目前由4位老師和14名研究生組成，主要研究方向有：烷烴氯化工藝開發以及工業化推廣；芳烴類化合物和環己烷氧化催化劑的制備以及機理研究；功能高分子復合材料開發等。
文章信息
E.
展開 從工業視角來看催化劑的開發現狀和未來發展
本文章概述了目前正在開發的最有前途的催化劑的技術時間表和特性，并討論了貴金屬和非貴金屬催化劑的剩余挑戰。最后，強調了催化劑和催化劑層組合設計策略的重要性，并對該領域的未來前景進行了簡要討論。
在考慮 PGM （貴金屬）催化劑的活性時，有兩個主要指標：(1) 比活性 (μA/cm2) 和 (2) 質量活性 (A/mg)。催化劑的比活性提供了有關固有信息，因此是研究人員調整催化劑結構和催化劑的電子特性以最大限度地提高氧還原反應的交換電流密度的重要參數。由于比活性僅與發生在催化劑表面的過程有關，因此對于電極質量不是關注因素的單個催化劑研究來說，它是一個很好的指標。事實上，正是通過分析和比較比活性，許多最重要的催化劑取得了進展，包括 Pt3Ni(111) 的開創性工作，其比活性比商業 Pt/C 高 90 倍，并且具有對全球催化研究工作產生深遠影響。但是，對于工業應用，成本是首要考慮因素；因此，質量活性最終才是最重要的，因為這個指標可以直接轉移到成本上。重要的是，該指標考慮了固有活性（比活性）和利用率（表面原子與體積的比率）。
因此，對于這個觀點，在討論下一代 ORR 催化劑時，主要的活性指標將是質量活性。
在深入分析之前的另一個重要概念是“Pt 利用率”，根據是采用催化劑還是催化劑層的觀點，它可能具有非常不同的含義。
定義1：對于催化劑研究人員來說，Pt 利用率基于“分散”的概念，是表面原子與體積比的量度。從這個意義上說，Pt 的利用率與陰極催化劑層 (CCL) 的設計程度無關。
定義2：
對于催化層研究人員而言，Pt 利用率可以指膜電極組件 (MEA) 中電化學可利用 Pt 面積與預期 Pt 面積之比 [基于透射電子顯微鏡 (TEM)、X 射線衍射 (XRD)、旋轉圓盤電極 (RDE) 或其他測量]。
展開 京博石化│催化重整生成油加氫脫烯烴技術的工業應用
氫氣經過濾器去除鐵屑等顆粒雜質后進入反應器底部，混合物料自下向上流經反應器內TORH-1催化劑床層，在催化劑的作用下發生選擇性加氫反應。反應產物經反應器出口調節閥控制流量和壓力，與脫戊烷塔塔底油換熱后進入脫戊烷塔，反應過剩氫氣及輕烴由脫戊烷塔塔頂排入氫氣回收系統，塔底精制生成油進入芳烴裝置生產芳烴產品。
02
脫烯烴催化劑
重整生成油選擇性加氫脫烯烴TORH-1催化劑的主要物化性質見表1。
TORH-1催化劑載體為采用新型的催化材料制備、具有特殊孔道的氧化鋁，載體的比表面積和孔體積明顯高于現有的脫烯烴催化劑，催化劑獨特的孔結構性質不僅有利于脫烯烴反應內擴散過程，而且還有利于催化劑再生的燒炭過程。TORH-1催化劑具有積炭速率低、選擇性高、活性穩定性好等特點。催化劑開工時不需要額外預硫化，開工方法更簡便（節省開工時間）、安全（降低開工風險）和綠色環保，能產生良好的社會效益和經濟效益。
TORH-1催化劑的實驗室評價試驗在壓力2.0MPa、入口溫度150℃、質量空速10.0h-1、氫油體積比3~50的反應條件下進行，以溴指數不大于6000mgBR/（100g）的重整生成油為原料，脫烯烴轉化率不低于95%，產品溴指數小于150mgBR/（100g），芳烴損失不大于0.2%。
展開 
環保系列技術推介丨工業排放物中VOCs催化燃燒治理技術
工業排放物中VOCs催化燃燒治理技術
VOCs是制藥、石油化工、制印刷、噴漆、制鞋、飼料和糧食等行業排放廢氣中的主要污染物，大多具有毒性并伴有惡臭，部分還可以致癌，且多數對臭氧層有破壞作用。
傳統的有機廢氣凈化方法有吸附法、冷凝法和直接燃燒法等，易產生二次污染，能耗大，易受有機廢氣濃度和溫度條件限制。催化燃燒技術針對不同濃度廢氣組合多種工藝進行尾氣凈化處理，達到國家排放標準。
技術特點
01起燃溫度低，反應速率快，節省能源。
催化燃燒過程中，催化劑起到降低VOCs分子與氧分子反應的活化能，改變反應途徑的作用。有機廢氣催化燃燒與直接燃燒相比，具有起燃度低、能
耗少的顯著特點。在某些情況下，催化燃燒達到起燃溫度后便無需外界供熱。
02處理效率高，二次污染物和溫室氣體排放量少。
采用催化燃燒處理廢棄的凈化率通常在98%以上，終產物主要為CO?和H?O。由于催化燃燒溫度低，避免了NOx的生成。低溫催化燃燒輔助燃料消耗量減少，同時減少了溫室氣體CO?的排放量。
03適用范圍廣。
催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體，適合處理的濃度范圍廣。對于有機化工、涂料、絕緣材料等行業排放的低濃度、多成分、無回收價值的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。
適用領域
?石油化工煉制過程釋放的含烴、苯、酚類等廢氣。
?涂料、油漆制造和使用時釋放的含甲苯、苯、甲醛等廢氣。
?精細化工、電子、汽車生產等過程釋放的有毒、有害廢氣。
展開 石科院PPT│催化熱裂解（CPP）制取乙烯和丙烯技術及其工業應用
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《AM`綜述》北京工業大學陳標華/美國劉狄賈：氧電催化的金屬有機骨架和金屬有機凝膠：結構和組成方面的考慮
【科研摘要】
最近，
北京工業大學
陳標華教授
，和
美國阿貢國家實驗室
Di‐Jia Liu(
劉狄賈)教授
團隊
在《
A
dvanced Materials
》上發表了題為
Metal–Organic Frameworks and Metal–Organic Gels for Oxygen Electrocatalysis: Structural and Compositional Considerations
的綜述。文章論述了對可持續和清潔能源的需求不斷增長，呼吁使用下一代能源轉換和存儲技術，例如燃料電池，水電解槽，
CO
2
/N
2
還原電解槽，金屬空氣電池等。
所有這些電化學過程都涉及氧電催化。
通過合理設計金屬有機骨架（MOF）和金屬有機凝膠（MOG）作為前體來提高內在活性和活性位點密度，是提高氧電催化效率的一種新方法。MOF/MOG在金屬節點和有機連接基之間提供了廣泛的組合選擇，并且已知可生產出具有高表面積，可變孔隙率和熱解后具有出色活性的電催化劑。
討論了有關用于氧氣電催化的MOF/MOG的一些最新研究及其在合成，表征
和性能方面的新觀點。總結了
MOF/MOG衍生的氧電催化劑在結構和成分設計方面的新見解。還概述了關鍵挑戰和未來的研究方向。
【主圖導讀】
圖1
A，B）電化學過程包括燃料電池（A）中的氧還原反應和水電解槽（B）中的氧放出反應。C）兩種設備在“ H2 @ scale”的宏偉計劃中都起著關鍵作用。D）在CO
2
或N
2
還原電解槽的氧氣釋放反應中所包含的電化學過程，E）兩者均可與可再生資源耦合，用于低溫化學和燃料生產。
展開 Ni MOFs單層納米片實現低濃度CO2光催化還原，為工業廢氣中CO2的資源化利用提供新思路
【研究背景】
快速發展的現代工業帶來了大量含有CO2的工業廢氣，造成了全球氣候變化等生態環境危機。利用光催化技術，在太陽能的驅動下直接將工業廢氣中含有的低濃度CO2還原為化工原料或碳基燃料為工業廢氣資源利用和緩解全球氣候變化提供了一個有非常有潛力的解決途徑。然而，由于CO2分子的高穩定性和復雜的多電子反應過程，高效高選擇性的CO2光催化還原仍然是一個巨大挑戰，尤其是在低CO2濃度的反應條件下。因此，實現低CO2濃度條件下的高效高選擇性CO2光催化還原具有重要意義。
【研究亮點】
1.實現了低濃度CO2（10%，模擬工業廢氣中的CO2含量）條件下高效高選擇性CO2光催化還原。
2.確認了催化材料的CO2吸附是整個反應過程的關鍵步驟。
3.驗證了鎳基MOFs對于低濃度CO2光催化的高選擇性具有普遍的優越性。
【成果簡介】
有鑒于此，華南理工大學林璋教授課題組與福州大學徐藝軍教授課題組合作，發展了一種實現低濃度條件下高選擇性光催化CO2制CO的單層Ni MOFs催化材料，該成果發表在Angewandte Chemie，并入選Very Important Paper (VIP)。本文的第一作者是韓彬，歐新文，通訊作者是林璋教授，通訊單位為華南理工大學(South China University of Technology)。
圖1. Ni MOF 單層納米片的制備方法及結構信息
研究人員通過超聲法結合水輔助冷凍干燥，成功制備了Ni MOFs單層納米片。作為對照，合成了堆疊的Ni MOFs納米材料，兩者具有相同的晶體結構。
圖2.
展開 催化劑失活原因及各類再生情況，你都了解嗎？
當今90%的化學工業中包含有催化劑過程，催化劑在生產中提高反應速率和選擇性。而隨著工業生產時間的增長，催化劑會失活，是催化反應的速率下降。小7給您講講如何使失活催化劑的活性得到再生，產生更好的經濟效益、環境效益。
催化劑失活是在恒定反應條件下進行的催化反應的轉化率隨時間增長而下降的現象。催化劑的失活過程分為三種類型：化學的、熱的、機械的。
一、化學失活:
原因 結果
結焦（積炭） 表面積減少，堵塞
金屬污染 表面積減少和催化活性降低
毒物吸附 活性位減少
二、
熱失活
三、機械失活
原因 結果
顆粒破碎 催化劑床層溝流，堵塞
結污 表面積減少
四、催化劑再生
一般工業催化劑再生的規律是每再生一次其活性都要比原有活性有所下降，再生后催化劑的操作溫度明顯高于再生前的，此外，失活催化劑也不可能頻繁地無止境地一次次進行再生，最終還是要被更換的。
展開 中國石化成功開發自有技術茂金屬催化劑
基于中試研究基礎，結合揚子石化氣相聚乙烯工業裝置實際，制定了茂金屬催化劑的工業化試生產方案，于2022年3月18日，實現自制茂金屬催化劑在2號聚乙烯裝置上成功應用，工業生產過程平穩可控，各項指標達到進口催化劑水平，產出了合格茂金屬管材產品80余噸。
茂金屬聚乙烯催化劑的成功開發和工業化應用，有力推動了茂金屬聚乙烯催化劑國產化進程，為后續優化催化劑合成工藝、完善制備條件、實施催化劑工業化生產、催化劑工業應用，以及開發高端茂金屬產品等全鏈條貫通打下了堅實基礎。
-END-
展開 納米氧化亞銅的制備方法和應用
納米氧化亞銅的指標
項目
指標
型號
CY-30
外觀
紅色至暗紅色粉末
粒徑
40-50nm
含量
＞99.9%
比表
＞20
注：另有粒徑80nm，100nm，
納米氧化亞銅的應用領域
1.納米氧化亞銅CU2O在涂料工業中用作船舶防污底漆防止海洋生物附著在船底；
2.納米氧化亞銅CU2O在玻璃和陶瓷工業中用作紅玻璃和紅瓷釉著色劑；
3.納米氧化亞銅粉體添加到纖維里，使得纖維具有殺菌防霉功能，從而用這種纖維做出的服裝具有殺菌防霉功能；
4.氧化亞銅納米粉體作為導電劑加入到堿性氫氧燃料電池中的防水氫電極中，以減少其電阻極化，大大優于加入石墨；
5.納米氧化亞銅CU2O在農業上用作殺菌劑高效殺蟲劑；
6.納米Cu2O具有半導體性質，電子工業上用它和銅制作鎮流器；
7.納米氧化亞銅CU2O還可用作涂層、塑料和玻璃表面改性材料以及有機工業催化劑等；
8.納米氧化亞銅粉體用作PVC（聚氯乙烯）的阻燃與抑煙劑；
展開 
催化會議---2020年第三屆新型功能材料國際會議
(注：主題不限于以下內容）
T1：納米碳催化
T2：酶電催化
T3：工業電催化
T4：燃料電池電催化
T5：有機小分子電催化
T6：催化劑載體相關研究
T7：電催化劑設計與理論模擬
T8：電催化表面結構效應研究
T9：電催化劑創新制備方法探究
T10：金屬納米粒子表面結構控制合成
T11：光催化新能源
T12：新型光催化材料探索
T13：光電（光熱）協同催化
T14：TiO2基光催化劑可控合成
T15：光催化材料表征及性能評價
T16：光催化材料理論計算研究方法
T17：光催化材料活性和能效提高相關研究
重要日期
會議截稿日期：2020年12月31日(不接收摘要)
會議召開日期：2020年12月21-22日
投稿方式
郵箱: cfp@icnfm.org
CMT: https://cmt3.research.microsoft.com/ICNF-M020
聯系方式
電話： 024-83958379-808
Q Q : 3260367065
微信： 13125407442
官網：http://www.icnfm.org/
展開 北科大《JAC》：化腐朽為神奇，準晶應用取得進展！
甲醇水蒸氣催化重整制氫是一種重要的工業產氫手段，可應用于燃料電池，在交通領域等大有可為。尋求一種工藝簡單、不含貴金屬、綠色無毒、低溫高效的催化劑是甲醇水蒸氣重整制氫的研究熱點。
準晶是20世紀80年代發現的一種新的物質形態，在結構上具有長程準周期序和傳統晶體所不具備的旋轉對稱性。準晶具有耐磨，耐蝕，高硬度等優異的性能，然而也具有很大的脆性。由于準晶的脆性，限制了準晶的工業化應用，特別是作為結構材料的應用。
北京科技大學何戰兵等反其道而行之
，他們利用準晶脆性大因而易粉碎的特點，制備出50微米左右的Al63Cu25Fe12準晶粉末，并以此為前驅體，采用脫合金化的方法成功開發出一種形貌可控的納米顆粒覆蓋多孔基體的納米復合材料催化劑。該催化劑在甲醇水蒸氣重整制氫反應中表現出優異的低溫催化性能，如在溫度低至220°C時甲醇的轉化率仍高達90%，優于大部分工業用催化劑在相同溫度下的催化性能，表現出良好的工業應用潛力。
他們分析認為，準晶中所含的銅元素為催化活性中心，在催化反應中起到關鍵作用，鐵氧化物起到穩定活性中心的作用。由于該催化劑的制備工藝簡單、不含貴金屬、綠色無毒、低溫高效，是一種理想的甲醇水蒸氣重整制氫催化劑。何戰兵等將準晶材料的脆性大這一缺點變成可利用的優點，這種“化腐朽為神奇”的研究思路為準晶的工業應用帶來了契機。
展開 ZSM-5分子篩有何“魔力”？它在煉化企業又有何應用？
ZSM-5分子篩的應用
ZSM-5分子篩具有高水熱穩定性、高比表面積、卓越的擇形催化效果、很寬的硅鋁比變化范圍、獨特的表面酸性和較低的結碳量。正是基于以上優點，使得ZSM-5分子篩被廣泛用于煉油工業、精細化工及環境保護等各個領域。此外，不同硅鋁比的ZSM-5產品應用領域也各不相同。
1
ZSM-5分子篩在煉油工業的應用
ZSM-5分子篩在煉油工業中得到了廣泛的應用，主要有：柴油加氫降凝、潤滑油催化脫蠟、恢復汽油辛烷值、催化裂化汽油降烯烴、芳烴擇形轉化和甲醇擇形轉化等。以ZSM-5分子篩為基礎的著名工藝有：Mobil中餾分油脫臘工藝(MDDW)，潤滑油脫蠟工藝(MLDW)，M-重整工藝，MobilBadger合成乙苯工藝，由輕質烴類合成芳烴的Cyclar工藝(LPGBTX)，二甲苯異構化工藝(MVPI)，甲苯歧化工藝(MTDP)，甲醇制汽油工藝(MTG)等。
2
ZSM-5分子篩在精細化工領域中的應用
ZSM-5分子篩在精細化工領域中同樣得到了廣泛的應用，主要有：由二甘醇合成l，4-二烷，由異丁烯、甲醇合成MTBE(甲基叔丁基醚)，合成3，5-二甲基吡啶等。
3
ZSM-5分子篩在環保領域中的應用
ZSM-5分子篩在環境保護領域中也得到了廣泛的應用，如：VOCs的脫除，噻吩的脫除，NOx轉化為N2，甲醛的脫除，H2S的脫除等。
展開 什么是催化呢？？
催化反應的門派駁雜
咱們今天就捋著一種門派分類來說
那就是多相催化vs均相催化
均相催化說白了
就是催化劑與反應物為同一相態
你曉得吧？
比如說都是液相或氣相
如果不是
那就是多相催化嘍
均相催化一門具有
高活性、高選擇性的優點
但是同時也不可避免
催化劑和產物難分離的缺點
So
目前的工業催化過程
絕大多數為
多相催化過程
但是啊
多相催化一門
事兒也比較多
催化劑得先把反應物“吸引”到表面
進行反應
然后得到反應物后嫌棄地把反應物“拋棄”掉
所以啊
可以想象
催化劑擁有大表面
對多相催化多么的
那么怎樣能在保持催化材料
總量不變的前提下
增加催化材料的表面積呢？
后續，我們會給大家介紹它
——單原子催化
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