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塑料制品在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn),應(yīng)用極其廣泛。但作為生產(chǎn)塑料制成品的原材料苯酚等,其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程卻往往是高能耗和高污染的,而且生產(chǎn)中還存在過(guò)度氧化以及收率低、不良副產(chǎn)物多等問(wèn)題。近日,南京工業(yè)大學(xué)專(zhuān)家在沸石分子篩催化的芳烴羥基化制備酚類(lèi)化合物反應(yīng)中取得重要成果,有助于綠色生產(chǎn)塑料制品,相關(guān)論文刊登于《自然通訊》。

酚類(lèi)化合物,如苯酚和甲酚等,是一類(lèi)用途廣泛、用量巨大的化學(xué)品,可以用于制備殺蟲(chóng)劑、農(nóng)藥、塑料、染料、藥物、聚合物,等等。能源和環(huán)境的迫切壓力,要求發(fā)展綠色化學(xué)過(guò)程,在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中迫切需要使用高選擇性、高原子利用率的新催化工藝,而這一發(fā)展,主要依賴(lài)于新催化材料的研制與開(kāi)發(fā)。

為打破其生產(chǎn)過(guò)程高能耗和高污染的瓶頸,南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和化工學(xué)院王軍教授、周瑜副教授,聯(lián)手新加坡國(guó)立大學(xué)顏寧教授,采用雙氧水等清潔氧源,通過(guò)環(huán)境友好的苯羥基化反應(yīng),、環(huán)保地直接一步制備出酚類(lèi)化合物,而不像傳統(tǒng)方法需要繁瑣的多個(gè)反應(yīng)步驟,并且能耗大、高污染、收率低。

“苯是惰性底物,而其產(chǎn)物苯酚比苯更活潑,以往制備苯酚時(shí),在產(chǎn)生苯酚的過(guò)程中,還會(huì)繼續(xù)對(duì)苯酚氧化,從而發(fā)生一系列嚴(yán)重副反應(yīng)。”周瑜副教授介紹說(shuō),使用傳統(tǒng)催化劑的利用率不高,反應(yīng)時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)十至數(shù)十個(gè)小時(shí),難以滿(mǎn)足工業(yè)催化的需求。“我們課題組采用創(chuàng)新方法,制備出含釩、硅、氧三種元素的沸石分子篩催化劑。利用這一新型催化劑,使得雙氧水與苯反應(yīng)產(chǎn)生苯酚時(shí),不會(huì)再與比較活潑的苯酚發(fā)生不良副反應(yīng)、產(chǎn)生不良副產(chǎn)物。”

該課題組研發(fā)的新型催化劑,讓雙氧水“定向”只與苯發(fā)生反應(yīng),直接一步制備出苯酚來(lái),獲得純苯酚的收率*。在反應(yīng)過(guò)程中,只產(chǎn)生水,而沒(méi)有其他廢棄物及其他污染排放,可謂綠色環(huán)保。而且這種新型催化劑,可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的瞬間發(fā)生,極大地提高了獲得苯酚的效率。

利用這一催化劑,有望實(shí)現(xiàn)苯酚等酚類(lèi)化合物的工業(yè)化綠色生產(chǎn),從而代替原有高能耗、高污染的路徑,達(dá)到節(jié)能減排,可持續(xù)發(fā)展的化工過(guò)程,因此有著重要的工業(yè)應(yīng)用前景。

有趣的是,這種催化劑的創(chuàng)新制備方法,還具有廣泛的普適性,能夠進(jìn)一步構(gòu)筑出含有不同金屬,譬如含鐵、銅、錳等元素的沸石分子篩,制備出的多相催化劑,對(duì)于其它種類(lèi)化學(xué)品實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)大有裨益。