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节能减排有新招,从国家危废物到高效催化剂

          流化催化裂化(FCC)是指在一定温度及催化剂的作用下使重质原料发生裂解反应从而将重油轻质化的过程,是现代石油炼制工艺中颇为重要的一环,而石油作为社会现行应用数量最多范围最广的能源,对国民经济起到毋庸置疑的支柱作用。

在上述石油流化催化裂化的过程中,该反应催化剂易受重金属污染,从而造成反应活性下降、化学选择性变差,因此质量受损的催化剂需定期卸出以保证装置内反应的正常进行。近年来,我国石油原料渐有重质化、劣质化的趋势,重金属沉积、磨损和结焦等因素造成的废弃催化剂仅2015一年就逾200kt。而目前处理FCC废催化剂仍主要以填埋为主,由于其特殊的组成结构,包含的重金属及其他诸多有害组分,易污染环境且危害人体健康。在201681日新发布的《国家危险废物名录》中, FCC废催化剂正式被归为HW50类危废,对其进行绿色资源化利用已迫在眉睫、刻不容缓。

过氧化氢作为理想的绿色氧化剂在化学合成、环保、医药等行业拥有着广泛应用,生产过氧化氢的方法主要有蒽醌法、电解法、异丙醇法及氢氧直接合成法等。蒽醌法由于其主要原料为氢气、氧气及水,具有能耗少、成本低及安全性能好等优点,目前是工业生产过氧化氢的主要途径。在蒽醌法氢化、氧化、萃取和后处理等多个过程中,蒽醌加氢是整个工艺的核心,因而蒽醌加氢催化剂的反应活性和化学选择性决定了过氧化氢的生产效率。

此情此际,来自武汉理工大学的邱家凯、陈俊武、杨志超、夏庆、蔡智君、汝绪阳、熊梓航7位本科生组成的节能减排小组在化学化工与生命科学学院蔡卫权教授的指导下,对基于FCC废催化剂作为硅铝源合成高效蒽醌加氢催化剂进行了大量实验研究,目前已取得阶段性成果。

他们首先称取一定比例的FCC废催化剂、氢氧化钠与去离子水搅拌均匀,并于400~600℃活化2h,得到硅铝酸盐混合物;其次将5g的硅铝酸盐混合物加入到60mL 1-2M盐酸中,再于室温下磁力搅拌3h,得预水解液;同时将2g P123溶解于60mL 0.1-2M盐酸中,并于35℃下磁力搅拌3h;再将预水解液滴加到溶解的P123溶液中,继续于35℃下磁力搅拌24h;再将水解液于90~110℃水热24h,得到反应沉淀物;随后将得到的到反应沉淀物抽滤、去离子水洗涤至中性,再将中性滤饼于60℃普通干燥10h,然后在550℃下焙烧4h除去模板剂,得到Al-SBA-15分子筛。在60℃下,按照理论3%负载量的pH=3H2PdCl4溶液等体积浸渍上述0.6g Al-SBA-15分子筛,接着用0.1M NaOH溶液于60℃下稍过量浸渍2h,洗涤该沉淀至无Cl-,然后于60℃干燥4h500℃下焙烧2h,即得到Pd/Al-SBA-15复合材料。

该制备方法采用FCC废催化剂作为制备4A沸石的原料,在降低成本的同时减少了FCC废催化剂的排放,4A沸石被作为蒽醌加氢催化剂的载体,制得的催化剂具有成本低、氢化效率高、蒽醌循环回收率高的特点。该制备工艺总体流程简单,制备条件温和,且制得的产品性能优异、具有良好的经济价值 ,全过程充分的体现出了节能减排的绿色化工理念。

据了解,该成果已于201836日申请了国家发明专利(一种由FCC废催化剂制备高效蒽醌加氢催化剂的方法. 申请号201810181271.X),并与宁波雁门化工有限公司、宁波国利环保科技有限公司签订了企业合作意向书。

 

据悉,以上是该节能减排竞赛小组阶段性的成果,他们将于20183月参加全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛武汉理工大学校内选拔赛。

 

 

 

作者:蔡智君 来源:武汉理工大学材料科学与工程国际化示范学院/化学化工与生命科学学院 发布时间:2018-03-13 点击:
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