李衛(wèi)紅(中石化催化劑(北京)有限公司, 北京 102400)
納米技術(shù)在石油化工催化劑領(lǐng)域的研究進(jìn)展
李衛(wèi)紅(中石化催化劑(北京)有限公司, 北京 102400)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,石油化工行業(yè)取得了進(jìn)一步發(fā)展。催化劑作為石油化工日常生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分,在提高工作效率和質(zhì)量等方面具有重要作用。但是,傳統(tǒng)催化劑靈活性較差,而納米技術(shù)作為一項(xiàng)新型技術(shù),將其運(yùn)用于催化劑中,能夠顯著提升催化效果。本文將對(duì)納米技術(shù)與催化劑概念進(jìn)行分析和研究,并闡述納米技術(shù)在石油化工催化劑領(lǐng)域中的發(fā)展。
納米技術(shù);石油化工;催化劑;進(jìn)展
近年來,在科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展背景下,納米技術(shù)與信息技術(shù)和生物技術(shù)并稱為21世紀(jì)三大發(fā)明,并受到越來越多的關(guān)注,其在石油化工催化劑領(lǐng)域研究中的應(yīng)用,取得了良好的成效。因此,加強(qiáng)對(duì)納米技術(shù)在催化劑領(lǐng)域中發(fā)展的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。
納米技術(shù)主要是指用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù),其研究結(jié)構(gòu)極小,尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)。其是由現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,并產(chǎn)生了一系列新學(xué)科,例如:納米物理學(xué)、納米生物學(xué)等。
催化劑主要是指在化學(xué)反應(yīng)過程中,能夠改變反應(yīng)物的反應(yīng)速度,且不改變化學(xué)平衡、質(zhì)量及性質(zhì)的物質(zhì)。催化劑技術(shù)在石化工業(yè)發(fā)展過程中占據(jù)著不可替代的位置。
納米技術(shù)應(yīng)用于催化劑當(dāng)中,主要是由于納米晶粒,表面活性較多,能夠提高反應(yīng)速度,且沒有孔隙,避免出現(xiàn)副反應(yīng),另外,納米催化劑能夠直接添加到液體當(dāng)中,即便產(chǎn)生熱量向外擴(kuò)散,也能夠確保局部不會(huì)失去活性。一般情況下,主要包括兩類:一類是金屬納米粒子催化劑,主要是將貴金屬作為基礎(chǔ),例如:鉑、銀等,另一類是將氧化物作為基礎(chǔ),并利用活性等手段,結(jié)合化學(xué)反應(yīng)歷程研發(fā)的納米材料催化劑。
(1)煉油方面 首先,加氫催化劑。在相關(guān)部門研究制備的納米鈀催化劑,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裂解汽油的催化,相對(duì)于傳統(tǒng)催化劑而言,該催化劑具有活性中心多、顆粒小等優(yōu)勢(shì),在提高催化效果等方面具有積極作用,不僅如此,該類催化劑成本較低,在制備過程中,不會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢水等污染物,避免對(duì)環(huán)境的污染,符合我國(guó)提倡的低碳環(huán)保理念。
其次,脫硫催化劑。主要是將特定標(biāo)準(zhǔn)的鈦酸鈷作為基礎(chǔ),并輔助多孔硅膠或者陶瓷制備催化劑,以此來提高催化效率,利用這種催化劑,能夠有效降低燃油中的硫,促使其符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),最大程度上減少對(duì)環(huán)境的污染,另外,還有一種納米二硫化鉬催化劑,其脫硫效果更為明顯[1]。
最后,納米分子篩。納米分子篩擁有的超微粒子,其自身物理、化學(xué)等性質(zhì)都高于普通尺寸的分子篩。據(jù)相關(guān)研究表明,外表活性中心和外露晶胞納米分子篩,由于其孔道等向外分布,在反應(yīng)過程中,能夠發(fā)揮更大能力,并盡量減少堵塞。這種催化劑自身優(yōu)勢(shì),將會(huì)擁有更為廣闊的發(fā)展前景。
(2) 化工方面 加氫催化劑在環(huán)辛二烯、硝基苯液及丁二烯等化工反應(yīng)中都具有廣泛應(yīng)用。另外,在其他方面也表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。
①納米銅及鎳能夠?qū)σ胰策M(jìn)行催化,并實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng),由于納米銅和鎳自身具有較高的催化活性,且催化后的產(chǎn)物能夠產(chǎn)生一種新型物質(zhì),纖維狀彈性體,并帶有導(dǎo)電性。
②石腦油轉(zhuǎn)變?yōu)榉紵N。
③納米鉑在乙烯氧化反應(yīng)過程中,將溫度從600攝氏度降至室溫。
④相關(guān)研究部門研發(fā)的一種低成本、且高效的納米顆粒催化劑,能夠進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng),并在聚合物、醫(yī)藥等生產(chǎn)過程中發(fā)揮著積極作用。相對(duì)于傳統(tǒng)環(huán)氧化催化劑,具有更為高效的轉(zhuǎn)化效率,即便二者基礎(chǔ)材料一樣,但是,新型催化劑選擇性能夠高達(dá)90%,且成本更低,在實(shí)際應(yīng)用過程中,不僅能夠以較少資金投入,還能夠創(chuàng)造更大價(jià)值。因此,將會(huì)受到越來越多的關(guān)注。
⑤一氧化碳與二氧化硫的還原。另外,針對(duì)一氧化碳尾氣的處理,納米材料催化劑也同樣發(fā)揮著積極作用。
二氧化碳的處理,利用納米三氧化二鐵催化劑能夠有效控制溫度,避免二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響,營(yíng)造良好的環(huán)境。碳納米管催化劑的出現(xiàn),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)丙烯氫進(jìn)行反應(yīng),在與其他催化劑效果進(jìn)行對(duì)比過程中,該催化劑轉(zhuǎn)化效率更高,且在區(qū)位選擇性方面表現(xiàn)良好。將氧化鎂等作為基礎(chǔ)的催化劑,將其融入到鉀催化劑當(dāng)中,并加入到反應(yīng)池中,能夠?qū)崿F(xiàn)先活化,后反應(yīng)目的,由于其表面更接近堿性,有助于生成氨脫附。
我國(guó)針對(duì)納米材料的研究較為重視,且對(duì)納米材料研究范圍較廣,例如:納米涂料、橡膠等都進(jìn)行了深入分析和研究,并取得了一定成績(jī),且低于鐵、鋅等金屬納米粉的產(chǎn)品種類較多,能夠與國(guó)家先進(jìn)水平相接軌,未來,將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展[2]。
根據(jù)上文所述,納米技術(shù)作為一項(xiàng)嶄新的技術(shù),在推進(jìn)石油化工領(lǐng)域發(fā)展方面占據(jù)十分重要的位置。因此,相關(guān)研究者要加強(qiáng)對(duì)納米技術(shù)的研究,掌握技術(shù)核心,并將其與石油化工相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合,制備性能更好地催化劑,提高反應(yīng)效率和質(zhì)量,從而推動(dòng)我國(guó)石油化工事業(yè)可持續(xù)、健康發(fā)展。
[1]賀會(huì)群,張洪川.納米技術(shù)在石油領(lǐng)域的獨(dú)特應(yīng)用與前景展望[J].江漢機(jī)械研究所,2010,18(03):259-261.
[2]張園力,王桂香,吳東.堿土金屬修飾Al2O3的表面熱穩(wěn)定性[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào),2012,20(05):12-14.
李衛(wèi)紅(1980- ),女,漢,山東菏澤,大專。2003年畢業(yè)于承德石油高等??茖W(xué)校,精細(xì)化工。2003年就職于中石化催化劑(北京)有限公司,工程師,研究方向:化工催化劑。