第172次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

CO酯化制甲酸甲酯和碳酸二甲酯的纳米催化技术
郭国聪*, 徐忠宁研究员中国科学院福建物质结构研究所

“碳达峰、碳中和”政策决定煤化工将沿着绿色低碳方向发展。煤基CO直接酯化是以CO为起始反应原料合成酯类化学品的绿色低碳技术。中国科学院福建物质结构研究所郭国聪团队率先揭示了CO直接酯化的催化功能基元：原子级分散的单Pd活性中心有利于通过Eley-Rideal机理生成碳酸二甲酯，而双Pd活性中心则有利于通过Langmuir-Hinshelwood机理生成另一种产物草酸二甲酯。由此，进一步提出并形成了CO直接酯化的共性关键技术，成功开发了一种CO直接酯化制甲酸甲酯的绿色低碳技术，研发出高性能、长寿命的纳米催化剂和吨级催化剂制备技术。甲酸甲酯是一种基础化工原料，在农业、医药、汽车领域具有广泛用途，其工业生产技术被国外公司垄断。CO酯化制甲酸甲酯技术克服了国外技术采用均相催化剂对原料纯度要求高、设备腐蚀、生产不连续等问题，成本也降低了30%，有望打破国外技术的垄断地位，成为一种拥有完全自主知识产权的新型绿色低碳化工技术。该技术已完成全流程工艺1000小时单管中试，时空产率大于1400g/(kg.h)、甲酸甲酯选择性大于96%，获得了优于国际优等品指标的甲酸甲酯，通过了中国化工学会组织的科技成果评价，被委员会认为是“达到国际领先水平”的“原创”技术。单管技术获得了2020年度中国化工学会基础研究成果二等奖。CO直接酯化制甲酸甲酯技术已获得10件授权美国和中国专利。该技术经第三方评估价值3600万元并获投资方认可入股，企业投资5400万元，成立福建中科恒申科技发展有限公司。与中石化广州（洛阳）工程有限公司合作，编制了10万吨级成套生产工艺包，获得成套生产技术，具备落地生产条件。同时，我们采用CO直接酯化的绿色低碳技术研发了煤制碳酸二甲酯的高性能材料。
碳酸盐热解源头减排耦合增效http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bba3eebeb_r36_1200k.mp4
何静教授北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室

碳酸盐是重要的无机矿产资源，在水泥、耐材等建材领域广泛应用。在水泥、耐材炼制过程中，碳酸盐高温分解，得到固相产物氧化物的同时，排放CO2，以水泥行业为例，水泥行业每年CO2直接排放量可高达12-14亿吨。碳中和目标下，过程工业面临第二次工业革命以来最严峻的挑战，传统技术已难以满足碳中和提出的严苛要求，迫切需要打破常规，基于过程工业的核心化学化工原理，发展变革性技术，源头减排。与碳酸盐分解共热，以供氢分子如绿H2对碳酸盐直接加氢还原，原位将碳物种直接转化为CO，则不仅可从源头上根本性解决水泥等重排放工业的碳排放问题，且可创制一条全新的合成气（CO+H2）制造途径，耦合合成气转化制甲醇、航煤等大宗能源化学品，则可形成一条不依赖于石油、煤炭等化石资源的白色碳石产业路径。但受高品质氧化物产品或水泥组分的严苛要求，不能引入其它组分催化剂，因此碳酸盐加氢还原只能是自催化过程，自催化条件下氢分子和碳-氧键活化机理、CO生成机制等是需要重点解决的关键科学问题，面向气固物料双连续反应系统的工业反应器设计及物质与能量优化利用是需要重点关注的技术问题。
氨的高效合成与利用
江莉龙研究员福州大学化学化工学院

氨是关系国家粮食安全、国防安全和可持续发展最重要的大宗化学品之一。区别于诺贝尔奖获得者埃特尔基于铁基合成氨催化剂提出的解离机制，福州大学研究团队发现并实验证实了基于钌基合成氨催化剂的热化学缔合新机理，遵循新机理开发的催化剂可以实现在更低温度和压力下高效合成氨，为发展变革性合成氨技术提供了重要理论基础。NH3具有含氢量高、易液化和无碳排放等优势，可作为储氢介质或直接燃料使用，发展“清洁低压合成氨-安全高效储运氨-无碳用氨”的绿色技术路线，可为我国实现双碳目标提供一条重要技术途径。目前，针对可再生能源电解水制氢耦合合成氨、低温高效氨分解制氢及氨-氢燃料电池等关键技术开展攻关，首创了高效低碳“铁串钌催化”合成氨成套技术，开发成功氨-氢燃料电池成套装置，有望形成具有完整自主知识产权的“氨-氢”能源产业技术路径。
多孔分离材料创制及温室气体捕集http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bba4a1ac3_r36_1200k.mp4
李晋平教授怀柔实验室山西研究院

实现“碳达峰、碳中和”是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，温室气体（CO2、CH4等）的捕集、利用和封存是实现“双碳”目标的重要途径。我国90%以上的煤层气是甲烷浓度低于30%的低浓度煤层气（瓦斯），因利用难度大而直接排放，造成了严重的温室气体排放和低碳能源资源的浪费，实现低浓度甲烷的规模化富集分离选择性低是重要科学和技术难题。此外，CO2捕集、封存与利用（CCUS）是实现“双碳”目标的重要途径，燃煤电厂烟道气是最大的低浓度CO2集中排放源，占CO2排放的40%。低浓度CO2分离捕集成本高、能耗高是CCUS关键科学和技术难题。基于此，低浓度煤层气规模化富集与利用、二氧化碳低成本捕集，在多孔材料研发和碳减排方面做了一些研究工作，并取得了一些重要成果。
氯资源及高值循环的绿色催化技术
李小年教授浙江工业大学

氯气（Cl₂）是支撑化学工业发展的大宗性基础化工原料，主要用于生产聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯、环氧树脂、有机硅、合成橡胶、氟氯烃、TiO2涂料与农用化学品、建筑材料和医药制剂等，全球超过60%的化学品制造过程涉及氯与氯循环。大多数涉氯化学品制造过程中，氯原子利用率不足50%，氯元素最终以副产HCl产出，全球副产HCl总量约2500万吨，制成盐酸带来数亿吨废水排放。我国1990年副产盐酸量就超过合成盐酸，且逐年递增；2023年我国副产HCl总量已达600万吨/年（盐酸需求仅200万吨/年）。将副产HCl转化成Cl₂并循环到产业链中，使氯“闭合”循环不流失或少流失。乙炔法氯乙烯生产是氯化氢平衡的最密集领域（中国2023年超2000万吨）。因此，氯乙烯合成无汞催化剂技术与氯化氢氧化低成本制氯的金属催化剂创制，构建氯乙烯合成煤基非电石工艺和零二噁英排放的乙烯法理想工艺、氯资源高值循环；将全面服务我国煤基氯乙烯产业无汞化、服务国家履行《水俣汞公约》承诺，和从根本上避免氯资源浪费和副产HCl产出，从而改善行业高能耗、高污染现状。报告介绍本团队研发氯乙烯无汞催化剂和稳定高活性非贵金属催化氯化氢氧化制氯气的固定床工艺技术。

第172次：The role of water in green carbon science