近日，記者在采訪中獲悉，中北大學綠色催化研究所李裕博士帶領團隊，歷經8載磨煉，完成山西省科技重大專項“磁載鈦硅基催化劑制備及磁分離反應裝置開發”，開發了多種磁性催化劑：磁性介孔氧化鈦、磁性炭基光催化劑、磁性鈦硅分子篩、磁性加氫催化劑、磁性全硅分子篩、磁性固體堿、磁性固體酸、磁性烯烴吸附劑、磁性4A分子篩、磁性MCM-41等10余種磁性催化劑。同時，他們成功地將磁性催化劑應用于難降解有機廢水處理、糠醛加氫制糠醇綠色新工藝、F-T油合成PAO新工藝、RT生產廢水中選擇性分離四甲基氫氧化銨催化劑等。這意味著磁性催化劑的批量合成及工業化應用取得顯著進步。
據了解，磁性催化劑可以很好解決懸浮態微納米催化劑固液分離難題。懸浮態微納米催化劑是一類具有良好催化活性和選擇性、高效傳熱傳質效率、較短擴散距離和較低內擴散阻力的催化劑，在液-固體系和氣-液-固催化反應系統中應用非常廣泛。然而，懸浮態微納米催化劑的固液分離非常困難，傳統固液分離方式幾乎是無能為力，直接制約著微納米催化劑大規模工業應用，這也是催化領域國內外同行面臨的國際共性難題。
磁性催化劑的出現很好地解決這類難題，基本思路是納米磁性顆粒為內核，催化活性組分包覆于磁性顆粒表面，構成殼核型或混合型的磁性催化劑。由于其宏觀尺度仍控制在微納米范疇，就保留了懸浮態催化劑的高催化活性特征，同時反應結束后，在外部磁場作用下實現快速固液分離。
據李裕介紹，近年來，磁性催化劑已成為綠色催化研究的熱點，大多數研究仍集中于磁性催化劑的控制合成理論和性能評價等方面，尤其是在磁性催化劑的批量合成及工業化應用仍處于探索研究階段。而此次技術的突破將有助于磁性催化劑大規模工業化應用。
據了解，李裕依托磁性催化劑核心技術，開發了高度集成的實驗室綜合廢水處理器，其技術原理是利用磁性催化劑的良好吸附功能，
將廢水中有機物快速捕獲，在臭氧作用和UV紫外光作用下，實現有機污染物的高效降解，磁性催化劑在磁分離器作用回收循環利用。該技術成果有望解決我國實驗室綜合廢水無序排放的狀態。
當前，李裕博士團隊已將磁性催化劑應用于費托法琢-烯烴原料制備聚琢烯烴（PAO）合成基礎油工藝。該工藝在生產過程中會產生部分PAO乳化液副產物，造成PAO損失，且這部分副產物極難處置。利用磁性催化劑開發的PAO生產中催化劑，徹底顛覆了傳統工藝中的“堿中和”理念，從工藝源頭上解決PAO乳化液和污染物產生的問題。
除此之外，磁性催化劑應用于從RT培司生產廢液選擇性分離四甲基氫氧化銨也取得了重要進展。RT培司(4-氨基二苯胺)是生產橡膠防老劑的重要中間體，廣泛應用于染料、紡織、印刷、制藥和橡膠助劑等行業。然而，生產過程中產生吩嗪、偶氮苯和苯胺等少量副產物，長時間累積循環導致系統黏度增加，脫水困難，通過提高脫水溫度和補充催化劑在短期內可以維持系統運行。但是，每隔兩年系統必須全部更換新鮮催化劑，更換的循環廢液色度高、氣味重、黏度大、組成復雜，極難處置。RT培司生產廢液的處置是國際性難題，也是長期制約橡膠防老劑行業清潔生產的瓶頸問題。
將磁性催化劑應用于此，成功地從RT培司生產廢液中分離出四甲基氫氧化銨，分離出的四甲基氫氧化銨可以作為新鮮催化劑投放到系統，不僅解決了RT生產廢液的處置問題，也回收了高附加值的產品。從RT培司生產廢液中分離回收四甲基氫氧化銨的工藝簡潔，投資費用不高，運行費用低，每噸RT培司生產廢液處理成本低于400元，自控程度高，勞動強度小，企業實現安全、清潔、高效生產。
李裕介紹，磁性催化劑正在為化學工業及相關過程工業領域清潔生產帶來重大變革，在解決資源、環境和經濟三者矛盾和統一過程中將發揮至關重要的作用，有望從源頭上實現控制污染、節能降耗和節省資源。（記者 劉雅文）
轉自：中國化工報
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