福州大學團隊取得突破性進展 創造丙烷脫氫鉑基催化劑耐久性新紀錄

           5月29日從福州大學獲悉，福州大學化工學院、氟氮化工新材料全國重點實驗室鮑(bào)曉軍教授、朱海波教授團隊聯合清源創新實驗室、中國科學院大連化學物理研究所、上海應用物理研究所等單位，在“丙烷脫氫催化劑”領域取得突破性進展。該團隊提出，通過分子篩孔道限域實現鉑(bó)粒子的“擴散—聚集—自鎖”，創制出具有抗燒結性能的超穩定性丙烷脫氫鉑(bó)催化劑。

          5月28日，該團隊在國際頂級學術期刊《自然》在線發表瞭(le)題爲《分子篩中鉑(bó)的遷移—鎖定形成高穩定的丙烷脫氫催化劑》的研究論文。今年4月10日，該團隊在另一國際頂刊《科學》發表瞭(le)丙烷脫氫無氯氧化自愈再生催化劑的相關成果。

          據介紹，丙烯是生産(chǎn)塑料、橡膠和纖維三大合成材料的重要基礎化工原料。丙烷脫氫技術憑借其生産(chǎn)丙烯的專屬性，已成爲石化行業原料輕質化轉型的核心技術路徑。截至2024年，國内丙烷脫氫裝置的總産(chǎn)能已突破2300萬噸/年。但丙烷脫氫鉑(bó)基催化劑在高溫反應條件下，極易發生燒結而導緻催化劑失活，開發兼具高活性與高穩定性的鉑(bó)基催化劑一直是丙烷脫氫技術革新面臨的重大挑戰。

          研究團隊研制出超穩定的丙烷脫氫鉑(bó)基催化劑。該催化劑以純丙烷爲原料，在反應溫度爲550℃、丙烷轉化率接近熱力學平衡轉化率的條件下，首次實現瞭(le)超6個月的穩定運行，創造瞭(le)丙烷脫氫鉑(bó)基催化劑耐久性新紀錄。

          該研究團隊發現，将鉑(bó)粒子封裝在MFI分子篩的孔道中能在短期内抑制其燒結失活；而在長(zhǎng)期的反應中鉑(bó)粒子将緩慢從分子篩孔内擴散到外表面發生聚集，導緻不可逆的失活。因而，避免鉑(bó)失活的根本途徑是防止其擴散至分子篩外表面。

           團隊進一步研究發現，鉑粒子的穩定性取決於(yú)MFI分子篩b軸長度。當b軸長度小於(yú)2微米時，鉑粒子因擴散路徑較短迅速遷移到催化劑外表面，進而發生不受限的聚集形成大顆粒，導緻催化劑不可逆失活；當b軸長度大於(yú)2微米時，擴散路徑的延長緻使鉑粒子在分子篩孔道内發生聚集而長大，長大的鉑粒子最終被孔道“卡住”並(bìng)被牢固鎖定，從而可有效避免鉑粒子的聚集失活。

          基於(yú)上述發現，該團隊提出通過分子篩孔道限域實現鉑(bó)粒子的“擴散—聚集—自鎖”，創制出具有抗燒結性能的超穩定性丙烷脫氫鉑(bó)催化劑。

           據介紹，鮑(bào)曉軍、朱海波教授團隊在丙烷脫氫鉑基催化劑領域經過長達8年的持續攻關，取得瞭(le)系統性突破。相隔48天先後在國際兩大頂刊發表研究成果，分别解決瞭(le)鉑基催化劑無氯氧化再生與反應穩定性兩大挑戰。該系統性研究成果不僅爲貴金屬催化劑燒結及其無氯氧化再生這兩大催化領域公認難題的解決提供瞭(le)新思路，也爲革新丙烷脫氫技術開辟瞭(le)新途徑。

          該項研究工作得到國家自然科學基金、國家重點(diǎn)研發計劃和福建省“雛(chú)鷹計劃”等的資助。