極大減少廢棄物的產(chǎn)生！上海交大最新科研成果--實現(xiàn)尼龍單體的綠色合成

2022年5月6日，國際頂級學術期刊Science刊發(fā)了化學化工學院陳立桅教授、劉晰研究員和英國卡迪夫催化中心Graham Hutchings教授等人合作的科研成果“原位生成過氧化氫用于高效催化由環(huán)己酮合成環(huán)己酮肟”。

過氧化氫具有較合適的氧化能力，而且其反應產(chǎn)物為水，適合作為環(huán)境友好的氧化劑應用于綠色化工合成。工業(yè)上利用鈦硅分子篩為催化劑催化過氧化氫氨氧化環(huán)己酮制備尼龍6單體環(huán)己酮肟，大幅度簡化生產(chǎn)工藝，在得到高轉化率和高選擇性的同時，極大減少低價值副產(chǎn)物和廢棄物的產(chǎn)生，使得整個生產(chǎn)過程更加綠色和經(jīng)濟。盡管過氧化氫在發(fā)展綠色化學化工中扮演了越來越重要的角色，但是現(xiàn)有工業(yè)蒽醌法制備方法過程并不夠“綠色”：這種制備方法具有投資成本高，過程復雜，可能污染環(huán)境，存儲/輸運/使用不方便等顯著缺點。如果可以利用原位的方法直接生成過氧化氫完成催化氨氧化等反應，可以極大的節(jié)省能耗和設備投資，不僅使得整個過程更加經(jīng)濟和綠色，更對發(fā)展新型綠色化工和化學合成具有極其重要的意義。

據(jù)此，研究者突破性設計鈦硅分子篩負載金鈀合金催化劑，實現(xiàn)在接近工業(yè)過氧化氫氨氧化條件下，直接從氫氣，氧氣，碳酸氫銨和環(huán)己酮一步法高選擇性制備環(huán)己酮肟，得到近100%環(huán)己酮選擇性，近100%氨選擇性和67%氫氣選擇性，其環(huán)己酮肟產(chǎn)率與工業(yè)過氧化氫氨氧化獲取產(chǎn)率相同，驗證了原位過氧化氫合成與氨氧化耦合實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)的新路徑。經(jīng)過40小時或者250小時長時間實驗，催化活性一直保持穩(wěn)定，沒有明顯的下降。研究者進一步對這個催化體系進行經(jīng)濟評估，發(fā)現(xiàn)假設催化劑壽命為2.3年，環(huán)己酮肟生產(chǎn)成本相比現(xiàn)有工業(yè)成本下降13%。這個經(jīng)濟評估還沒有考慮到節(jié)約的有關非原位制備過氧化氫及運輸，稀釋等過程所帶來的額外成本。

該研究通過先進的催化劑設計，詳盡的實驗以及充分的微觀結構表征，第一次成功將原位過氧化氫合成與現(xiàn)有化工品生產(chǎn)進行結合，在科學上和技術上證明利用原位過氧化氫合成實現(xiàn)綠色化工新路線的可行性與經(jīng)濟性。

該項工作受到自然科學基金委的資助和上海交通大學物質科學原位中心的表征支持。

標簽： 過氧化氫 環(huán)己酮肟 設備投資