第172次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

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。
生物质高效催化转化合成化学品
刘海超教授北京大学

纤维素、半纤维素等糖基生物质是自然界最丰富的碳资源，大量来源于农林废弃物。近年来，人们相继发展了以纤维素等为原料合成高附加值化学品的反应路径, 它们有望替代现有的化石路径，减少二氧化碳排放。本报告将结合国内外研究现状和生物质资源的结构特点，主要汇报近年来我们在纤维素及其葡萄糖、呋喃类化合物等衍生物催化选择转化合成二元醇、二元羧酸等重要含氧化学品方面的研究进展，着重讨论其中涉及的催化剂构-效关系以及特定C-O、C-C等化学键的选择活化机理等。
面向碳中和的废弃聚酯资源化利用
刘志敏研究员中国科学院化学研究所

退役塑料的资源化利用对解决由其带来的环境问题，以及实现双碳目标与绿色可持续发展具有重要意义。聚酯是一大类重要合成材料，约占塑料市场的三分之一，将退役聚酯转化为化学品是其资源化利用的重要途径。我们课题组长期从事可再生/可循环碳资源的转化利用研究，最近根据聚酯材料的结构特点，发展了一系列离子液体催化和水介质促进的聚酯解聚制备化学品的新策略，在解聚聚合物的同时，获得制备化学品的新反应、新方法、新策略。例如，发现卤素阴离子基离子液体与聚酯或酯的氢键作用可增强卤素阴离子的亲核性，进而实现卤素阴离子亲核进攻酯基的烷氧基C-O键。基于此，提出了卤素阴离子基离子液体催化转化聚酯的通用方法，在有氢条件下结合Pd/C催化，实现聚酯解聚转化，生成羧酸和烷烃；而在无氢气条件下，含-H聚酯直接转化生成羧酸和烯烃。发现羟基羧酸阴离子具有较强的氢键形成能力和反应活性，提出了多种羟基羧酸阴离子基离子液体催化聚酯解聚转化的新方法，获得高值化学品。此外，设计双金属单原子催化剂，发展了一种水介质中聚酯水解耦合加氢制备二元醇的通用策略。
柔性吸附分离材料研究及其工程化应用
路建美教授苏州大学材料与化学化工学部

针对液相和气相中污染物成分多样、性质迥异、作用复杂而难治理的问题，精准构筑吸附材料结构，精细调控材料表面化学特性，建立了智能化高性能柔性吸附材料设计原理。发现了氢键和π-π作用协同快速选择性吸附强极性污染物；静电力和范德华力协同高选择性吸附极性非质子污染物；不同强度范德华力作用组合选择性吸附中等极性和非极性污染物；离子间静电力和π-π作用力协同快速选择性吸附离子型污染物。提出将吸附与催化耦合构建“吸附/催化”双功能材料的学术思路，率先研究并发现了吸附的污染物原位催化转化并迁移出吸附材料而打破吸附平衡的理论机制，使吸附始终处于不饱和状态，实现污染物持续性吸附和催化转化。
碳一分子催化转化的挑战
潘秀莲研究员中国科学院大连化学物理研究所

能源的高效转化和资源优化利用是实现碳中和重要途径之一。与其直接相关的煤、天然气清洁利用、二氧化碳减排利用以及废弃塑料资源化利用问题，核心就是碳一分子CO、CH4、CO2以及碳氢化合物高效活化和定向转化。国内外在该领域展开了大量的研究，并取得了重要进展。研究表明，上述分子转化反应涉及C-O、C-H键的活化及C-C键偶联和C-H键重组，具有复杂的反应网络，催化剂表面活性结构往往同时催化主反应和副反应的发生，从而导致活性-选择性的跷跷板关系，即此消彼长，这也是催化科学长期面临的一个重大挑战。因此，仍需要对上述化学键的选择性活化，以及C-C键的控制偶联和C-H键的控制重组进行深入系统的研究。本论文拟将主要讨论OXZEO双功能催化新概念，及其在催化CO选择加氢、CO2促进聚烯烃废塑料转化制芳烃中的活性-选择性调控原理、应用及存在的挑战。

第172次：碳中和化学化工变革性技术