催化劑作為影響化學反應的重要媒介物,已成為化工、石化煉制以及新能源開發(fā)的關鍵,目前催化劑研發(fā)已經成為國際上技術競爭的重要領域。中科院大連化物所清潔能源國家實驗室化石能源與應用催化研究部部長田志堅博士提出,催化劑技術應成為相關產業(yè)優(yōu)先發(fā)展的重點,而提高催化劑效率、不斷創(chuàng)新技術則是競爭的核心。未來5年,新型催化劑在資源利用、能源開發(fā)、醫(yī)藥制造、低碳環(huán)保等領域大有作為。
提高效益作用不可估量
目前面對資源日益減少的挑戰(zhàn),人們需要合理開發(fā)、綜合利用有限的資源,建立和發(fā)展資源節(jié)約型工業(yè)體系。對此,專家認為,發(fā)展物質的全循環(huán)利用的生態(tài)產業(yè),取決于催化技術不斷創(chuàng)新和催化劑制備精細化。目前基本有機化工和精細化工的產值已與石油加工的產值相當,新型催化劑、高效催化反應技術和催化新材料及催化劑制備共性技術的創(chuàng)新正是推動基本有機化工和精細化工產業(yè)發(fā)展的根本。
“采用合適的催化劑可以加速化學反應,廣辟自然資源,大幅度地降低產品成本,提高產品質量,節(jié)能減排,并能合成出用其他方法不能得到的產品?!碧镏緢圆┦空J為,無論從數(shù)量上還是價值上看,催化劑對提高化工和石化工業(yè)經濟效益的作用不可估量。他舉例說,精細化學品是技術密集、品種多、產量小而附加值高的化工產品,其生產過程的反應種類也多。一種精細化工產品的生產包括很多反應步驟,而且產品結構復雜,純度要求高,生產流程長。因此,精細化學品的生產需要采用新的催化技術來克服這些缺點。
大宗化學品生產對催化劑的需求同樣強勁。田志堅博士介紹,目前市場聚合催化劑的需求增速最快,這主要緣于世界聚丙烯和聚乙烯催化劑的需求增勢強勁;由于原料不斷劣質化、石油產品需求不斷增長以及環(huán)保法規(guī)進一步嚴格,煉油催化劑需求也非常強勁;化合物催化加氫制備可直接提高收率,同時催化劑可直接循環(huán)使用,因而全球加氫工藝催化劑增長速度預計達百分之三十至百分之四十;環(huán)氧乙烷和環(huán)保催化劑需求年增速也分別達到百分之十和百分之八。除了上述需求之外,隨著乙二醇和聚酯纖維需求迅猛增長,特別是中國市場快速增長推動了環(huán)氧乙烷市場的發(fā)展,降低氧化氮和二噁英排放的硬性要求還促進了環(huán)保催化劑的需求擴大。另外,固體酸催化劑可在酯化、烷基化、異構化等重要反應中替代傳統(tǒng)的硫酸催化劑,固體堿替代傳統(tǒng)的氫氧化鈉等液堿催化劑已成為發(fā)展趨勢,這兩種催化劑也具有較好的發(fā)展前景。
新興先導產業(yè)是主攻目標
“每一種新型高效催化劑都會引發(fā)革命性的變革,推進產業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展?!碧镏緢圆┦恐赋?,在今后很長時期內,圍繞國家經濟發(fā)展和能源戰(zhàn)略目標、化石能源化學轉化和利用過程中的關鍵科學問題,催化劑的研發(fā)應主要集中在以下幾個方面:采用綠色有機催化合成新反應、新技術、新方法、新工藝開發(fā)高效、環(huán)保、節(jié)能型綠色催化有機合成新技術和催化劑;載體錨合固體催化劑的合成及絡合催化應用;均相或多相催化以過氧化氫、氧氣或空氣為氧化劑的綠色選擇氧化新工藝;合成新型功能化多孔固體酸或堿催化劑;處理有機廢水的綠色環(huán)境催化新技術及工藝開發(fā)。
為了實現(xiàn)從源頭消除污染,田志堅認為應注重研發(fā)用于化石能源綠色高效轉化、合成氣催化轉化制液體燃料、生產高品質清潔運輸燃料、烴類資源高效轉化利用的催化劑。為了讓煤炭、石油產業(yè)鏈更加科學完整,應研制新型、高效、可見光誘導的光催化劑,并將其應用拓展到環(huán)保、建材、軍工、電力等領域,從根本上解決能源和環(huán)境污染。
可以預見,在未來能源結構中,可再生能源將是需要大力投資和開發(fā)的對象。因此海上和海岸風能、生物質能和太陽能所需要的高效催化技術將是未來發(fā)展的重點。田志堅預計,2050年時,生物燃油將占車輛燃料總消耗的百分之二十六,生物柴油而非乙醇將是主要的生物燃料,這些科技演變過程中的催化劑更是競爭的焦點。他提出,我國催化劑研制應該瞄準國家產業(yè)發(fā)展方向,要有科學性、前瞻性,新能源、新材料等新興產業(yè)和先導產業(yè)應該是今后催化劑最具吸引力的目標市場。
催化材料是原始創(chuàng)新重點
“未來催化劑材料是新催化劑和新工藝開發(fā)的重中之重,因為新興催化劑材料能對多種催化劑工藝過程產生影響,具有工業(yè)應用前景”,田志堅博士同時認為,在這一研究領域形成原始性發(fā)明的機會也較多。目前新興催化劑材料主要有:納米分子篩復合材料、負載型雜多酸、過渡金屬氮化物或碳化物、離子液體、新體系氧化材料等,這些是今后我國催化技術原始創(chuàng)新的重點所在。