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中科院化工合成新材料技术20160922期

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每周推荐技E网最新挂牌项目,本周为7项中科院系统能源化工类技术。


1、焦化苯/苯酚羟化制苯二酚关键技术及示范
  • 项目背景 

传统的苯二酚生产方法为苯胺氧化法,对二异丙苯氧化法等,生产成本高、工艺复杂、副产物多、环境污染严重,在国外已逐渐被淘汰。目前,苯酚羟化是制备苯二酚的主要方法,主要有Rhone-Poulenc法、Brichima法、UBE法和Enichem法等,其中以钛硅分子筛(TS-1)为催化剂的Enichem法最为先进。突破该技术的关键是研制性能优良的催化剂,并开发与之匹配的工艺路线。面对市场全球化和国外公司对先进技术的垄断,我国急需研发拥有完全自主知识产权、具有市场竞争力的苯二酚生产技术,以打破国际垄断。

  • 项目简介 

本项目发明了以钛硅分子筛为催化剂,H2O2为氧化剂的苯/苯酚直接氧化制备苯二酚的高效催化剂及与之匹配的反应工艺与技术。该技术突破了传统钛硅分子筛中活性中心含量低的限制,获得了骨架富钛的钛硅分子筛催化剂,并通过催化剂与反应工艺的匹配、优化,实现了苯的高转化率和目标产物的高选择性。该技术具有原子经济性高、环境友好、指标领先等优势:在温和的反应条件下(60~100oC),苯单程转化率☒40%,苯酚+苯二酚单程选择性☒98%。 

  • 市场前景 

针对我国目前苯二酚主要依赖进口、产能严重落后于市场需求的现状,本项目提供的以钛硅分子筛为催化剂、苯为原料制备苯二酚的绿色技术具有很好的市场应用前景。

2、具有显著节能效益的陶瓷新型高效减水剂

  • 项目背景 

为改善陶瓷生产过程中的浆料使用性能,减少浆料的水分含量,以及大幅降低陶瓷生产中的能耗,中科院、广东省全面战略合作研究“具有显著节能效应的陶瓷新型高效减水剂”。 

  • 项目简介 

本项目采用分子设计原理,选用丙烯酸、马来酸酐、和聚乙二醇单烯丙基醚为主要单体材料,一步法聚合得到分子量分布可控的目标高分子聚合物。

本项目产品应用于陶瓷生产中的磨浆和调浆工序,其主要作用是在保证满足陶瓷生产所需的泥浆流动性条件下,最大限度的降低泥浆含水率,增强生培强度,缩短球磨时间,以达到节能降耗,提高成品率,改善陶瓷制品性能与质量的目的。

  • 市场前景 

我国建筑陶瓷产量占世界总量的60%,约为42亿平方米,年消耗粉料约1.09亿吨。若以建筑陶瓷为例,使用新型高效陶瓷减水剂后,每吨粉料大约可节约成本47.5元,在建筑陶瓷行业每年大约节省成本51.7亿元。以上核算仅仅是使用新型高效陶瓷减水剂后所带来的直接经济效益,它在行业内的推广使用所带来的节能减排、提高产品质量和对上下游企业的推动作用更是整个行业难得的财富,将会对陶瓷行业产生不可估量的潜在经济效益。

3、超疏水疏油界面材料       

  • 项目背景 

荷叶自清洁性能被人们称为“荷叶效应”。近20年来,仿荷叶的人造超疏水表面不断涌现。然而,这项技术由于种种限制,一直未能大规模地应用。现有的很多超疏水表面,都容易被油污染失去超疏水性。

  • 项目简介 

超疏水疏油材料是一种具有防水防污防腐,同时具有一定自清洁功能的材料,可广泛应用于各种材料表面。

技术特点:本项目主要是利用材料表面自身的粗糙度或者利用纳米微球构筑粗糙表面,再利用可交联型含氟聚合物在其表面形成一种牢固的低表面能涂层。采用本项目中的可交联型含氟聚合物制备的超疏水和超疏油界面的接触角大于150°,滚动角小于5°。 

  • 市场前景 

超疏水超疏油材料可用于各种军工民用领域,例如:喷涂于船体外壳,可使船身在海洋环境中防腐蚀防污染;用于运输管道内壁,能防止液体在运输过程中对管道勃附,降低输送压力;用于微量注射器内壁及针尖,可防止昂贵试剂在注射器内的勃附,并保持针尖不被试剂污染;用于织物服饰或外墙涂料,可赋予其拒水拒油或自清洁功能;超疏水界面材料用于室外天线,可防止天线表面因积雪负重而断线,延长天线使用寿命,并保证高质量信号接收等。

4、电石炉气转化利用制乙二醇    

  • 项目背景 

乙二醇是重要的基本化工原料,可以衍生出100多种化工产品和化学品,新疆天业集团在生产电石过程中副产特大量电石炉气(7.2亿立方米/年),到目前为止,只作为燃烧气利用,这样,不仅是已经获得的宝贵CO资源利用效率很低,而且还造成大量的二氧化碳排放,污染环境。

  • 项目简介

本项目提出了电石炉气转化制乙二醇等高附加值产品的建议,将通过文献调研、实验室实验考察等,针对天业集团生产的电石炉气组成,打通电石炉气生产高值化工品乙二醇的技术路线和工艺流程,并从万吨级规模的角度初步论证其经济性和可操作性,项目确立电石炉气生产乙二醇的经济的、可操作的工艺技术路线。

电石炉气生产乙二醇整个过程同电石炉气作为燃料燃烧比,碳排放减少30%以上。以拟采用的电石炉气制乙二醇工艺路线,乙二醇8000元/吨的价格,粗略分析和计算:100万吨密闭电石炉的气量生产乙二醇可实现年产值10亿元以上,可生产明显的经济效益。 

  • 市场前景 

乙二醇是生产聚酯产品的两大主要原料之一,由于国内聚酯材料需求量巨大,目前我国乙二醇年进口量达800多万吨,发展电石炉气转化制乙二醇的前景十分广阔。 

5、反应-分离-反应耦合催化膜反应器

  • 项目背景

合成氨和Fischer-Tropsch合成制备液体燃料是两个重要的化工过程,相应的合成气制备十分关键。现有工业制备氨合成气(H2/N2=3)至少需要6步,制备液体燃料合成气(H2/CO=2)至少需要3步,工艺复杂且能耗高(以合成氨过程为例,制备氨合成气的能耗占合成氨过程总能耗的84%)。此外,氨合成气制备过程伴随大量二氧化碳的排放。

  • 项目简介

该项目创造性地提出了在混合导体透氧膜反应器中1步同时制备氨合成气和液体燃料合成气的概念,即:膜I侧(side I)通入水蒸汽和空气,膜II侧(side II)通入天然气(甲烷)。高温下,膜I侧空气中的氧和水分解生成的氧通过透氧膜到达膜II侧与甲烷反应生成液体燃料合成气(H2/CO=2),同时膜I侧流出气体经冷凝干燥后即可得到氨合成气(H2/N2=3)。在膜反应器中,可以同时获得18.8 mL cm-2 min-1的氨合成气生成速率和45.6 mL cm-2 min-1的液体燃料合成气生成速率,即:一个同时年产30万吨氨和100万吨甲醇的工厂,所需膜面积约7500m2,反应器体积仅为75m3,体现了高度的过程强化。此外,能耗比现有工业过程降低63%;膜反应器无飞温和爆炸风险;环境友好,无直接CO2排放以及氨合成气清洁,无有害气体,如CO、H2S等。

6、碳纳米管增强反应烧结碳化硅复合材料

  • 项目背景

空间应用技术的发展对空间光学系统提出更高的要求,近几年,碳化硅反射镜的发展格外引人注目。碳化硅陶瓷本身具有较大脆性,增韧补强反应烧结碳化硅复合材料是其得以在苛刻的空间环境中更为广泛应用的基础。

  • 项目简介

该项目采用酚醛树脂裂解碳与Si原位反应在碳纳米管表面生成SiC包覆层,制备不同含量的碳纳米管(MWCNTs)增强反应烧结碳化硅(RBSiC),复合材料的抗弯强度从236MPa提高至365MPa,断裂韧性从3.8MPam1/2提高至6.9MPam1/2。碳化硅复合材料的断裂韧性远远高于文献报道的有关碳化硅晶须、碳纤维增强反应烧结碳化硅复合材料。利用扫描电子显微镜观察断口以及裂纹扩展,分析复合材料的增韧补强机理主要是碳纳米管的拔出、偏转与桥接。

  • 市场前景

此综合性能优良的碳化硅复合材料将来可以用于光机结构件的制备。

7、铜催化的杂原子芳基化反应

  • 项目背景 

碳-杂原子键的形成是有机合成中的一个重要转化。根据统计,在制药公司常用的反应合成转化中,杂原子的烷基化和芳基化反应位列第一。而过去30年中,仅有两个近代发现的反应被制药公司认为是常用的反应,一个是有关C-C键形成的Suzuki-Miyaura反应,另外一个是有关钯催化的杂原子芳基化的Buchwald-Hartwig反应。尽管Buchwald-Hartwig反应比较有用,这个反应也存在需要用贵金属做催化剂,使用的配体也比较昂贵,以及重金属毒性比较大的问题。

  • 项目简介 

该研究发现:一些方便易得的二芳基取代的草酸二酰胺作为配体,可以使铜催化的芳基氯代物与伯胺的偶联反应在120 oC下完成而给出多样性的芳胺化合物,使铜催化的芳基氯代物与氨水的反应在 110oC左右进行 ,因此提供了一个在成本上有竞争力制备芳香伯胺的新方法。 

最近,该项目研究又有进展,发现了一类单芳基和单烷基取代的草酸二酰胺,可以促进铜催化的芳基氯代物与苯酚的偶联反应,使反应在 120 oC下进行而给出二芳醚。 

  • 市场前景 

由于芳胺和二芳醚的结构在医药,农药和有机材料分子中广泛存在,他们发展的这些廉价合成的方法有望在工业大生产中得到应用。目前该项目正和企业合作推动这项工作。草酸二酰胺配体的发现解决了铜催化的杂原子芳基化不易实用芳基氯代物的难题,大大扩展了这个反应的使用范围, 在很大程度上已经和Buchwald-Hartwig反应的使用范围相当。他们也发现这个催化体系非常高效,用很少量的催化剂就可以使反应转化完全。而由于催化剂和配体均比Buchwald-Hartwig反应的便宜,他们的新催化体系有望成为一个非常有竞争力的试剂,在有机合成中得到广泛应用。 

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