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中科院化工合成新材料技術20160922期

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每周推薦技E網最新掛牌項目,本周為7項中科院系統能源化工類技術。


1、焦化苯/苯酚羥化制苯二酚關鍵技術及示范
  • 項目背景 

傳統的苯二酚生產方法為苯胺氧化法,對二異丙苯氧化法等,生產成本高、工藝復雜、副產物多、環境污染嚴重,在國外已逐漸被淘汰。目前,苯酚羥化是制備苯二酚的主要方法,主要有Rhone-Poulenc法、Brichima法、UBE法和Enichem法等,其中以鈦硅分子篩(TS-1)為催化劑的Enichem法最為先進。突破該技術的關鍵是研制性能優良的催化劑,并開發與之匹配的工藝路線。面對市場全球化和國外公司對先進技術的壟斷,我國急需研發擁有完全自主知識產權、具有市場競爭力的苯二酚生產技術,以打破國際壟斷。

  • 項目簡介 

本項目發明了以鈦硅分子篩為催化劑,H2O2為氧化劑的苯/苯酚直接氧化制備苯二酚的高效催化劑及與之匹配的反應工藝與技術。該技術突破了傳統鈦硅分子篩中活性中心含量低的限制,獲得了骨架富鈦的鈦硅分子篩催化劑,并通過催化劑與反應工藝的匹配、優化,實現了苯的高轉化率和目標產物的高選擇性。該技術具有原子經濟性高、環境友好、指標領先等優勢:在溫和的反應條件下(60~100oC),苯單程轉化率?40%,苯酚+苯二酚單程選擇性?98%。 

  • 市場前景 

針對我國目前苯二酚主要依賴進口、產能嚴重落后于市場需求的現狀,本項目提供的以鈦硅分子篩為催化劑、苯為原料制備苯二酚的綠色技術具有很好的市場應用前景。

2、具有顯著節能效益的陶瓷新型高效減水劑

  • 項目背景 

為改善陶瓷生產過程中的漿料使用性能,減少漿料的水分含量,以及大幅降低陶瓷生產中的能耗,中科院、廣東省全面戰略合作研究“具有顯著節能效應的陶瓷新型高效減水劑”。 

  • 項目簡介 

本項目采用分子設計原理,選用丙烯酸、馬來酸酐、和聚乙二醇單烯丙基醚為主要單體材料,一步法聚合得到分子量分布可控的目標高分子聚合物。

本項目產品應用于陶瓷生產中的磨漿和調漿工序,其主要作用是在保證滿足陶瓷生產所需的泥漿流動性條件下,最大限度的降低泥漿含水率,增強生培強度,縮短球磨時間,以達到節能降耗,提高成品率,改善陶瓷制品性能與質量的目的。

  • 市場前景 

我國建筑陶瓷產量占世界總量的60%,約為42億平方米,年消耗粉料約1.09億噸。若以建筑陶瓷為例,使用新型高效陶瓷減水劑后,每噸粉料大約可節約成本47.5元,在建筑陶瓷行業每年大約節省成本51.7億元。以上核算僅僅是使用新型高效陶瓷減水劑后所帶來的直接經濟效益,它在行業內的推廣使用所帶來的節能減排、提高產品質量和對上下游企業的推動作用更是整個行業難得的財富,將會對陶瓷行業產生不可估量的潛在經濟效益。

3、超疏水疏油界面材料       

  • 項目背景 

荷葉自清潔性能被人們稱為“荷葉效應”。近20年來,仿荷葉的人造超疏水表面不斷涌現。然而,這項技術由于種種限制,一直未能大規模地應用。現有的很多超疏水表面,都容易被油污染失去超疏水性。

  • 項目簡介 

超疏水疏油材料是一種具有防水防污防腐,同時具有一定自清潔功能的材料,可廣泛應用于各種材料表面。

技術特點:本項目主要是利用材料表面自身的粗糙度或者利用納米微球構筑粗糙表面,再利用可交聯型含氟聚合物在其表面形成一種牢固的低表面能涂層。采用本項目中的可交聯型含氟聚合物制備的超疏水和超疏油界面的接觸角大于150°,滾動角小于5°。 

  • 市場前景 

超疏水超疏油材料可用于各種軍工民用領域,例如:噴涂于船體外殼,可使船身在海洋環境中防腐蝕防污染;用于運輸管道內壁,能防止液體在運輸過程中對管道勃附,降低輸送壓力;用于微量注射器內壁及針尖,可防止昂貴試劑在注射器內的勃附,并保持針尖不被試劑污染;用于織物服飾或外墻涂料,可賦予其拒水拒油或自清潔功能;超疏水界面材料用于室外天線,可防止天線表面因積雪負重而斷線,延長天線使用壽命,并保證高質量信號接收等。

4、電石爐氣轉化利用制乙二醇    

  • 項目背景 

乙二醇是重要的基本化工原料,可以衍生出100多種化工產品和化學品,新疆天業集團在生產電石過程中副產特大量電石爐氣(7.2億立方米/年),到目前為止,只作為燃燒氣利用,這樣,不僅是已經獲得的寶貴CO資源利用效率很低,而且還造成大量的二氧化碳排放,污染環境。

  • 項目簡介

本項目提出了電石爐氣轉化制乙二醇等高附加值產品的建議,將通過文獻調研、實驗室實驗考察等,針對天業集團生產的電石爐氣組成,打通電石爐氣生產高值化工品乙二醇的技術路線和工藝流程,并從萬噸級規模的角度初步論證其經濟性和可操作性,項目確立電石爐氣生產乙二醇的經濟的、可操作的工藝技術路線。

電石爐氣生產乙二醇整個過程同電石爐氣作為燃料燃燒比,碳排放減少30%以上。以擬采用的電石爐氣制乙二醇工藝路線,乙二醇8000元/噸的價格,粗略分析和計算:100萬噸密閉電石爐的氣量生產乙二醇可實現年產值10億元以上,可生產明顯的經濟效益。 

  • 市場前景 

乙二醇是生產聚酯產品的兩大主要原料之一,由于國內聚酯材料需求量巨大,目前我國乙二醇年進口量達800多萬噸,發展電石爐氣轉化制乙二醇的前景十分廣闊。 

5、反應-分離-反應耦合催化膜反應器

  • 項目背景

合成氨和Fischer-Tropsch合成制備液體燃料是兩個重要的化工過程,相應的合成氣制備十分關鍵。現有工業制備氨合成氣(H2/N2=3)至少需要6步,制備液體燃料合成氣(H2/CO=2)至少需要3步,工藝復雜且能耗高(以合成氨過程為例,制備氨合成氣的能耗占合成氨過程總能耗的84%)。此外,氨合成氣制備過程伴隨大量二氧化碳的排放。

  • 項目簡介

該項目創造性地提出了在混合導體透氧膜反應器中1步同時制備氨合成氣和液體燃料合成氣的概念,即:膜I側(side I)通入水蒸汽和空氣,膜II側(side II)通入天然氣(甲烷)。高溫下,膜I側空氣中的氧和水分解生成的氧通過透氧膜到達膜II側與甲烷反應生成液體燃料合成氣(H2/CO=2),同時膜I側流出氣體經冷凝干燥后即可得到氨合成氣(H2/N2=3)。在膜反應器中,可以同時獲得18.8 mL cm-2 min-1的氨合成氣生成速率和45.6 mL cm-2 min-1的液體燃料合成氣生成速率,即:一個同時年產30萬噸氨和100萬噸甲醇的工廠,所需膜面積約7500m2,反應器體積僅為75m3,體現了高度的過程強化。此外,能耗比現有工業過程降低63%;膜反應器無飛溫和爆炸風險;環境友好,無直接CO2排放以及氨合成氣清潔,無有害氣體,如CO、H2S等。

6、碳納米管增強反應燒結碳化硅復合材料

  • 項目背景

空間應用技術的發展對空間光學系統提出更高的要求,近幾年,碳化硅反射鏡的發展格外引人注目。碳化硅陶瓷本身具有較大脆性,增韌補強反應燒結碳化硅復合材料是其得以在苛刻的空間環境中更為廣泛應用的基礎。

  • 項目簡介

該項目采用酚醛樹脂裂解碳與Si原位反應在碳納米管表面生成SiC包覆層,制備不同含量的碳納米管(MWCNTs)增強反應燒結碳化硅(RBSiC),復合材料的抗彎強度從236MPa提高至365MPa,斷裂韌性從3.8MPam1/2提高至6.9MPam1/2。碳化硅復合材料的斷裂韌性遠遠高于文獻報道的有關碳化硅晶須、碳纖維增強反應燒結碳化硅復合材料。利用掃描電子顯微鏡觀察斷口以及裂紋擴展,分析復合材料的增韌補強機理主要是碳納米管的拔出、偏轉與橋接。

  • 市場前景

此綜合性能優良的碳化硅復合材料將來可以用于光機結構件的制備。

7、銅催化的雜原子芳基化反應

  • 項目背景 

碳-雜原子鍵的形成是有機合成中的一個重要轉化。根據統計,在制藥公司常用的反應合成轉化中,雜原子的烷基化和芳基化反應位列第一。而過去30年中,僅有兩個近代發現的反應被制藥公司認為是常用的反應,一個是有關C-C鍵形成的Suzuki-Miyaura反應,另外一個是有關鈀催化的雜原子芳基化的Buchwald-Hartwig反應。盡管Buchwald-Hartwig反應比較有用,這個反應也存在需要用貴金屬做催化劑,使用的配體也比較昂貴,以及重金屬毒性比較大的問題。

  • 項目簡介 

該研究發現:一些方便易得的二芳基取代的草酸二酰胺作為配體,可以使銅催化的芳基氯代物與伯胺的偶聯反應在120 oC下完成而給出多樣性的芳胺化合物,使銅催化的芳基氯代物與氨水的反應在 110oC左右進行 ,因此提供了一個在成本上有競爭力制備芳香伯胺的新方法。 

最近,該項目研究又有進展,發現了一類單芳基和單烷基取代的草酸二酰胺,可以促進銅催化的芳基氯代物與苯酚的偶聯反應,使反應在 120 oC下進行而給出二芳醚。 

  • 市場前景 

由于芳胺和二芳醚的結構在醫藥,農藥和有機材料分子中廣泛存在,他們發展的這些廉價合成的方法有望在工業大生產中得到應用。目前該項目正和企業合作推動這項工作。草酸二酰胺配體的發現解決了銅催化的雜原子芳基化不易實用芳基氯代物的難題,大大擴展了這個反應的使用范圍, 在很大程度上已經和Buchwald-Hartwig反應的使用范圍相當。他們也發現這個催化體系非常高效,用很少量的催化劑就可以使反應轉化完全。而由于催化劑和配體均比Buchwald-Hartwig反應的便宜,他們的新催化體系有望成為一個非常有競爭力的試劑,在有機合成中得到廣泛應用。 

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