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"本成果主要依托國家“863”計劃（課題名稱：固定源煙氣處理稀土催化材料的應(yīng)用與開發(fā)，課題編號：2015AA03A401），由南京大學(xué)，石河子大學(xué)，新疆天富集團有限責(zé)任公司三家單位共同研發(fā)完成。南京大學(xué)董林教授為項目負責(zé)人。 董林教授團隊長期以來致力于稀土基催化劑的制備科學(xué)和表面物理化學(xué)性質(zhì)研究以及有關(guān)大氣分子污染物的吸附、催化消除方面的應(yīng)用技術(shù)探索。基于前期相關(guān)工作積累，成功開發(fā)出了低溫稀土鈰基催化劑配方。 經(jīng)石河子大學(xué)的工業(yè)放大及新疆天富南熱電有限公司的側(cè)線運行，該配方可以滿足在100 ℃運行3000 h以上的壽命及穩(wěn)定性測試，脫硝效率達55 %以上，并且通過了2000 m3/h級側(cè)線驗證（圖1）。 該項技術(shù)的試驗成功，填補了我國在超低溫（100 oC）脫硝領(lǐng)域的空白，為燃煤煙氣高效除塵脫硫脫硝提供了一條新的技術(shù)途徑。 同時，通過課題的實施，還達到了去除“白煙”的效果，實現(xiàn)了能源利用和環(huán)境保護“一體化”，滿足了國家對大氣環(huán)境保護的實際需要。 隨著燃煤電廠尾端煙氣脫硝工藝的實施，不僅解決了氮氧化物超低溫催化消除的問題，而且符合國家當(dāng)前“超潔凈”排放的趨勢，有望在各大電廠及工業(yè)窯爐等推廣使用。 經(jīng)石河子大學(xué)的工業(yè)放大及新疆天富南熱電有限公司的側(cè)線運行，該配方可以滿足在100 ℃運行3000 h以上的壽命及穩(wěn)定性測試，脫硝效率達55 %以上，并且通過了2000 m3/h級側(cè)線驗證。該項技術(shù)的試驗成功，填補了我國在超低溫（100 oC）脫硝領(lǐng)域的空白，為燃煤煙氣高效除塵脫硫脫硝提供了一條新的技術(shù)途徑。 同時，通過課題的實施，還達到了去除“白煙”的效果，實現(xiàn)了能源利用和環(huán)境保護“一體化”，滿足了國家對大氣環(huán)境保護的實際需要。 隨著燃煤電廠尾端煙氣脫硝工藝的實施，不僅解決了氮氧化物超低溫催化消除的問題，而且符合國家當(dāng)前“超潔凈”排放的趨勢，有望在各大電廠及工業(yè)窯爐等推廣使用。 經(jīng)過國家“十五”和“十一五”的多年攻關(guān)，我國除塵和脫硫技術(shù)已相對成熟，但是關(guān)于氮氧化物治理方面的研究工作起步較晚，目前仍面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是超低溫條件（100-150 oC）下的脫硝技術(shù)。 基于國家當(dāng)前嚴(yán)峻的大氣環(huán)境污染現(xiàn)狀及燃煤電廠在現(xiàn)有煙氣處理運行模式下遇到的種種問題，我們創(chuàng)新性地提出了“除塵-脫硫-低溫脫硝”技術(shù)路線（圖2），即在電廠原有設(shè)備的尾端進行煙氣脫硝處理。 與傳統(tǒng)脫硝技術(shù)路線相比，本項目的研究成果具有以下顯著特點： 1. 采用了新型工藝路線 傳統(tǒng)燃煤電廠煙氣處理多采用“脫硝-除塵-脫硫”的工藝路線（圖2上）。這一路線能夠很好地利用高溫?zé)煔猓呋瘎勖苤朴诜蹓m的沖刷，通常只能穩(wěn)定運行2-3年。 本課題采用“除塵-脫硫-低溫脫硝”的技術(shù)路線（圖2下），即在電廠原有設(shè)備的尾端進行煙氣脫硝處理，既可以作為氮氧化物“超潔凈”排放的有效保障，也可以作為脫硝工藝的新技術(shù)路線使用。 同時，由于煙氣經(jīng)過前期除塵和脫硫后，干擾組分（粉塵、SO2和堿重金屬等）極大減少，這有利于催化劑長時間穩(wěn)定運行。 2. 開發(fā)低溫稀土基超低溫脫硝催化劑填補了國內(nèi)外研究領(lǐng)域空白 目前，我們開發(fā)的超低溫脫硝催化劑經(jīng)2000 m3/h級煙氣流量側(cè)線試驗后，已連續(xù)穩(wěn)定運行3000 h以上，脫硝效率保持在55 %以上，遠遠低于目前已有工業(yè)應(yīng)用報道的脫硝催化劑溫度（如，荷蘭殼牌公司生產(chǎn)的TiO2-V2O5催化劑工作溫度最低，為140 oC），進一步拓展了脫硝催化劑的最低工作溫度區(qū)間（圖3）。

"氯乙烯(VCM)主要用于合成聚氯乙烯樹脂(PVC)。目前我國氯乙烯生產(chǎn)主要通過乙炔法生產(chǎn)。然而，乙炔法一直采用劇毒的氯化汞催化劑，嚴(yán)重制約著乙炔法的可持續(xù)發(fā)展。Au催化劑被眾多研究者認(rèn)為是最有可能工業(yè)化的非汞催化劑。本研究制備了一種促進型Au基催化劑，結(jié)果表明該催化劑對Au活性物種的失活、催化劑載體表面的積碳消除作用有明顯的促進效應(yīng)。穩(wěn)定性考評結(jié)果顯示，在工業(yè)條件下，氯乙烯選擇性為100%，預(yù)估壽命超過3000 h。相關(guān)研究結(jié)果已申請多項中國專利。 項目已完成實驗室小試和催化劑組成，載體等參數(shù)的優(yōu)化和催化劑放大制備。擬應(yīng)用于全國層面的氯堿行業(yè)替代劇毒氯化汞催化劑，即煤基乙炔氫氯化合成氯乙烯單體過程中的關(guān)鍵催化劑，在不改變原有乙炔氫氯化工業(yè)反應(yīng)條件前體下僅替換現(xiàn)有氯化汞催化劑即可，具有較好的社會效益。"

我國目前工業(yè)副產(chǎn)氯化氫總量達380萬噸/年，隨著MDI、TDI、甲烷氯化物等涉氯產(chǎn)品的 大規(guī)模擴產(chǎn)和氯堿行業(yè)的發(fā)展，預(yù)計未來5年內(nèi)副產(chǎn)氯化氫總量將達到500萬噸/年，大量副產(chǎn) 氯化氫的循環(huán)利用問題已成為制約聚氨酯、氯堿、有機氟行業(yè)、農(nóng)藥、醫(yī)藥化工等眾多行業(yè)發(fā) 展的共性難題。以氯化氫為原料生產(chǎn)氯氣，實現(xiàn)氯資源循環(huán)利用，能夠有效解決副產(chǎn)氯化氫問 題，打破國外技術(shù)壟斷，促進新興產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和氯堿行業(yè)的優(yōu)化升級。我們開發(fā)了具有自 主知識產(chǎn)權(quán)的高性能的銅基催化劑，在單管試驗裝置上連續(xù)穩(wěn)定運行9600小時的基礎(chǔ)上，建成 了國內(nèi)首套千噸級中試裝置，氯化氫的轉(zhuǎn)化率超過80%，為2016年在上海化工區(qū)建成10萬噸級 生產(chǎn)裝置奠定了基礎(chǔ)，該項目已被列入上海市科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化項目，將使我國成為全球 第二個擁有氯化氫催化氧化制氯氣技術(shù)的國家。

工業(yè)排放的揮發(fā)性有機污染物（VOCs）大多具有一定的環(huán)境毒性，VOCs的污染問題一直是世界各國極為重視的環(huán)境問題，并制定了相關(guān)排放法規(guī)。我國在生產(chǎn)和使用化學(xué)品過程中（如石化、制鞋業(yè)、皮革業(yè)、噴漆和涂料等行業(yè)），所產(chǎn)生的有機廢氣排放成為大氣污染的主要來源之一，國內(nèi)外實踐證明催化氧化是治理工業(yè)有機氣體污染物的最有效方法。本項目針對VOCs凈化催化劑開發(fā)過程中要解決的兩個關(guān)鍵難題（低溫催化活性和高溫穩(wěn)定性；減少貴金屬用量以降低生產(chǎn)成本），運用納米技術(shù)開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的凈化催化劑的關(guān)鍵材料－高性能與穩(wěn)定性有機結(jié)合的稀土儲氧材料、高溫穩(wěn)定的大比表面氧化鋁復(fù)合氧化物；在凈化催 化劑的組成設(shè)計方面，充分利用我國豐富的稀土資源，提出了“稀土－非貴金屬－微量貴金屬”的催化劑活性組分設(shè)計方案，降低了貴金屬用量，從而顯著降低了催化劑生產(chǎn)成本；運用系統(tǒng)工程學(xué)原理解決了均質(zhì)、穩(wěn)定、高凈化效率的整體式催化劑的制備工藝（真空涂覆－負壓抽提技術(shù)）和基于納米組裝技術(shù)的活性組分一次性涂覆技術(shù)，從而制備了高性能的VOCs凈化催化劑。本項目在多家化工企業(yè)得到了推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

眾所周知，煉油廠催化裂化裝置中煙氣輪機的安全運行和使用壽命在很大程度上取決于第三級旋風(fēng)分離器排出的煙氣介質(zhì)中所含催化劑濃度和顆粒度的大小。為保證煙氣輪機得以安全長期運行，有必要對煙氣輪機入口的煙氣進行在線實時監(jiān)測，以及時了解煙氣中含催化劑的濃度和粒度大小以及變化，并采取相應(yīng)的控制措施。 我校最新研制的全自動TSM-2顆粒濃度和粒度在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)先進的Mie光散射理論，針對催化煙氣的工藝特點和粒徑范圍，采用全散射原理和多波長消光測粒技術(shù)，可實時地獲得顆粒的粒徑分布和濃度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)功能如下 1．能實現(xiàn)非接觸連續(xù)測量。 催化劑檢測范圍：粒度：0.1微米—20微米；濃度：20—1000mg/m3。 2．系統(tǒng)使用開放式的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，采用樹狀管理結(jié)構(gòu)。保證了系統(tǒng)的易擴展性和數(shù)據(jù)的易維護性，同時為用戶提供了方便、開放、靈活的系統(tǒng)設(shè)置和組態(tài)功能。 3．采用兩種數(shù)據(jù)保存方式：數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)庫的形式，大容量的存儲空間可以保留長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)。 4．查詢催化劑監(jiān)測數(shù)據(jù)。 5．報警： ①可以設(shè)置濃度報警限值 ②可以設(shè)置平均粒徑報警限值 6．采樣時間間隔設(shè)置：可以任意設(shè)置（大于１分鐘），最快的采樣時間間隔為５秒鐘。 眾所周知，煉油廠催化裂化裝置中煙氣輪機的安全運行和使用壽命在很大程度上取決于第三級旋風(fēng)分離器排出的煙氣介質(zhì)中所含催化劑濃度和顆粒度的大小。為保證煙氣輪機得以安全長期運行，有必要對煙氣輪機入口的煙氣進行在線實時監(jiān)測，以及時了解煙氣中含催化劑的濃度和粒度大小以及變化，并采取相應(yīng)的控制措施。 我校最新研制的全自動TSM-2顆粒濃度和粒度在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)先進的Mie光散射理論，針對催化煙氣的工藝特點和粒徑范圍，采用全散射原理和多波長消光測粒技術(shù)，可實時地獲得顆粒的粒徑分布和濃度數(shù)據(jù)。

利用 外源化學(xué) 手段 實現(xiàn) 生物大分子的功能 調(diào)控 ，一直以來都是化學(xué)生物學(xué) 的重要研究方向之一。陳鵬課題組長期致力于 “ 活細胞上的化學(xué) 反應(yīng) ” 的開發(fā)與應(yīng)用 ， 提出 并發(fā)展 了 “ 生物正交斷鍵反應(yīng)（ Bioorthogonal  c leavage reaction ） ”  這一 新反應(yīng)類型 ，突破了在活體內(nèi)研究蛋白質(zhì)功能的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了一系列原始創(chuàng)新 （ Nat. Chem.   2014,  6 , 352-61 ;  Nat. Chem. Biol.  2016,  12 , 129-37 ;   Nature  201 9,   569 , 509-13 ） 。

以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，通過建立生物催化與轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)平臺，大力發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)；以生物技術(shù)高效制造精細化學(xué)品為目標(biāo)，實現(xiàn)高值精細化學(xué)品的原料替代和生產(chǎn)路線替代，促進化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級，應(yīng)對市場競爭和經(jīng)濟危機，最終實現(xiàn)生物產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，引領(lǐng)生物經(jīng)濟浪潮。以國家重大需求和科學(xué)前沿為導(dǎo)向，以工業(yè)生物技術(shù)為中心，形成基礎(chǔ)研究－共性關(guān)鍵技術(shù)－產(chǎn)品工程一體化的研究體系。

（專利號：ZL 201310142076.3） 簡介：本發(fā)明提供一種芳烴加氫負載金屬鎳催化劑及其制備方法，屬于石油化工領(lǐng)域。該催化劑載體為蒙脫石，活性組分為金屬鎳，該金屬鎳質(zhì)量為催化劑總質(zhì)量的5～30％。該催化劑制備方法是：將蒙脫石先用有機銨鹽進行有機改性，再以此有機蒙脫石為載體，采用浸漬法制備出蒙脫石負載氧化鎳催化劑前體，然后經(jīng)過還原、鈍化步驟最終得到可直接在空氣中保存的蒙脫石負載金屬鎳催化劑。該催化劑在芳烴加氫反應(yīng)中，與未經(jīng)有機改性蒙

項目簡介本項目采用兩步催化法合成水溶性酚醛樹脂，實現(xiàn)了苯酚苯環(huán)上的多元羥甲基化反應(yīng)，使酚羥基鄰對位上亞甲基克分子比達到o／p=2，保證產(chǎn)品具備更強的脫水縮合反應(yīng)能力。經(jīng)減壓脫水后，水溶性甲階酚醛樹脂的有效含量達到82%，殘留甲醛量為1.1%( wt)，游離酚為0.05%( wt)。作為膠粘劑，該產(chǎn)品不僅提高了固化速度，而且降低了固化溫度。該技術(shù)在遼寧某廠已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。二、市場前景水溶性酚醛樹脂是合成酚醛樹脂的甲階產(chǎn)品，具有良好的耐水性和力學(xué)強度，作為膠粘劑特別適合于人造木材板、木材改性和橡膠制品加工等。由于酚醛樹脂還具有良好的阻燃性，即使燃燒時也不會熔融，不產(chǎn)生一氧化碳有毒氣體等優(yōu)點，因此由水溶性酚醛樹脂制備的酚醛泡沫塑料可以在許多工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，同時也時一代理想的環(huán)保絕熱材料。三、主要設(shè)備及投資夾套式搪瓷襯里攪拌反應(yīng)釜，保溫中間罐，（2t蒸汽鍋爐自備）。按照月生產(chǎn)60噸計算，需要投資20萬元。四、效益分析按照同類進口產(chǎn)品市場價格計算，應(yīng)用本技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品稅前利潤為900～1200元/噸。五、合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓。項目負責(zé)人：黎鋼聯(lián)系電話： 022-60202443

1. 高品質(zhì)納米鈦白粉的研究及結(jié)構(gòu)化成型納米二氧化鈦由于具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高比表面積、熱穩(wěn)定性、無毒性等特點，并易于與負載金屬間產(chǎn)生SMSI效應(yīng)，在催化工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，諸如：火電廠尾氣脫硝處理、VOCs(揮發(fā)性有機化合物)催化燃燒處理、柴油車尾氣排放控制等。以火電廠的煙氣脫硝SCR催化劑為例，納米級鈦白粉作為催化劑載體，占催化劑粉體的80?90%，總成本的40?50%，是SCR脫硝催化劑的重要組成。但是目前全球只有日本和歐洲的少數(shù)廠家可以生產(chǎn)高品級納米鈦白粉。在我國，目前應(yīng)用于催化劑工業(yè)的納米鈦白粉尚未完全國產(chǎn)化，這是煙氣SCR脫硝催化劑等環(huán)保催化劑的價格居高不下的主要原因之一。大多數(shù)國內(nèi)SCR脫硝催化劑是通過引進技術(shù)、設(shè)備和納米鈦白粉粉體等原料，其后自行壓縮制作蜂窩式、板式等催化劑，并沒有完全掌握催化劑中所有成分的制作及依據(jù)不同燃料尾氣進行配比的技術(shù)經(jīng)驗和訣竅。總體上說，SCR脫硝催化劑在國內(nèi)基本還處于“來料加工”的狀態(tài)(即使是國內(nèi)市場份額較大的東方凱特瑞、無錫龍源等企業(yè))。我們研究室通過探索鈦白粉的物化性質(zhì)、成型性及催化性能三者之間的關(guān)系，嘗試從科學(xué)角度去構(gòu)建適用于SCR脫硝催化劑等環(huán)保催化劑的納米鈦白粉的制備關(guān)鍵技術(shù)。進而在此基礎(chǔ)上，制備高品級的納米鈦白粉，包括鎢鈦，硅鈦，釩鈦等一系列產(chǎn)品，達到國外同類產(chǎn)品技術(shù)水平。同時通過探討不同因素在蜂窩狀脫硝催化劑成型過程中的影響，制備工業(yè)級別的蜂窩狀催化劑，從而最終改變目前國內(nèi)煙道氣脫硝催化劑尚處于的“來料加工”狀態(tài)，掌握完全自主的知識產(chǎn)權(quán)。在研究中，我們采用改進的水熱合成法，在較為溫和的條件下(< 100°c的低溫、常壓下)，以偏鈦酸為原料出發(fā)，制備具有高比表面積和良好耐熱穩(wěn)定性的納米鈦白粉(圖-1)。同時在制備鈦白粉的過程中，充分考察漿料的ph值、雜質(zhì)含量、助劑(鎢、硅)等的添加、煅燒溫度等對最終產(chǎn)品的影響。另一方面，在催化劑成型中，我們對添加劑種類、加入順序、加入量和操作條件等對催化劑機械性能和活性等的影響進行了徹底的研究。在充分考慮泥團的酸堿，硬度，塑性等多種指標(biāo)的前提下，采用獨自的多段攪拌技術(shù)制備了蜂窩狀催化劑(圖-2)。在納米鈦白粉粉體及成型性研究的同時，我們對其作為載體或催化劑在脫硝、脫臭及光化學(xué)催化中的應(yīng)用也開展了研究，例如電廠、大型鍋爐、垃圾焚燒廠、船舶(新型輕質(zhì)波紋板催化劑)等大型設(shè)備的煙氣SCR脫硝催化劑、VOCs(揮發(fā)性有機化合物)催化燃燒催化劑等，以及小型工廠、自動車、民用等SCR脫硝、VOCs催化燃燒等。圖-3為納米氧化鈦在VOCs催化燃燒中的應(yīng)用，圖-4為工業(yè)級火電廠脫硝用納米氧化鈦擠出型蜂窩狀SCR催化劑，圖-5為工業(yè)級柴油車尾氣脫硝用涂層式蜂窩狀催化劑。與商業(yè)鈦白粉的耐熱性對比(900°C 9 h in air)    不同摻雜物質(zhì)對納米氧化鈦比表面積的影響圖-1 高比表面積和良好耐熱穩(wěn)定性的新型納米鈦白粉2. 新型金屬整體式催化劑載體(PCT專利WO2005/089939A1，日本專利2011-31162) 催化劑的活性組份、結(jié)構(gòu)化載體和反應(yīng)器三者集成化的思想，已成為當(dāng)前催化領(lǐng)域重要的且被逐漸接受的新思維。從宏觀尺度出發(fā)研制的具有結(jié)構(gòu)化的整體式催化劑，由于糅合了催化劑設(shè)計和反應(yīng)器設(shè)計，從而具有傳質(zhì)傳熱好、床層壓降低、緊湊小型、工程放大簡單等優(yōu)點，有利于提高催化反應(yīng)的活性和選擇性等。在大氣環(huán)保和催化燃燒等氣固相反應(yīng)中已得到廣泛應(yīng)用，在多相反應(yīng)中也顯示了巨大的潛力。但傳統(tǒng)的涂層式整體式催化劑，因活性組分涂層與基材物性(堇青石或金屬合金)的較大差異，使得涂層的粘附穩(wěn)定性不高，易剝離的問題尚未得到完善解決。針對傳統(tǒng)涂覆法制備的金屬基體整體式催化劑(MMC)的活性涂層易剝離的瓶頸，以及近年來發(fā)展的非涂覆式MMC的比表面積小、孔道難以調(diào)控的缺點，我們利用多孔陽極氧化鋁材料(PAA)的金屬自生長氧化鋁膜與金屬基體間具有高度粘附性的特點，在保持其有序孔骨架結(jié)構(gòu)的前提下，通過“陽極氧化-擴孔-水熱反應(yīng)-焙燒”的方法，對其孔道結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性進行改性修飾，制備一種具有大比表面積的新型非涂覆式MMC。在材料合成過程中，結(jié)合陽極氧化和擴孔處理對多孔膜的幾何參數(shù)的調(diào)變，解析水熱反應(yīng)中擬薄水鋁石層的形成機制以及由此帶來的封孔效應(yīng)，創(chuàng)新性地利用金屬自生長和原位相變技術(shù)在MMC上實現(xiàn)大范圍尺度可調(diào)的規(guī)則雙孔道結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上，我們通過探索PAA催化劑的構(gòu)效關(guān)系，獲得既利于分散和反應(yīng)又有利于擴散傳質(zhì)的孔道特征，發(fā)展了一套面向具體反應(yīng)可控合成MMC的新方法。改性PAA膜與金屬基材間緊密的一體化構(gòu)造，實現(xiàn)了反應(yīng)場上熱量的快速供給與轉(zhuǎn)移。高度可塑性的金屬基材使得催化劑可以具有復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，確保了裝置的低壓損和小型化(圖-6)。采用Al/Fe–Cr–Ni Alloy/Al覆層鋁材制備的高溫型PAA載體，實現(xiàn)了快速通電加熱，從室溫到1000°C僅需數(shù)秒，大幅提升了系統(tǒng)啟動性和響應(yīng)性(圖-7)。另外，開發(fā)了金屬中間擴散層技術(shù)和微小龜裂技術(shù)用于改善PAA膜在劇烈機械或熱沖擊下的韌性和穩(wěn)定性，在40000次通電加熱1000°C – 室溫急冷的循環(huán)測試中，未發(fā)現(xiàn)PAA膜的剝落。在研究PAA載體的同時，對其在環(huán)保和新能源領(lǐng)域，尤其是對系統(tǒng)壓損、啟動性、熱應(yīng)答性/熱耦合、輕質(zhì)化及小型化等具有嚴(yán)格要求的體系中的應(yīng)用，均開展了長期的研究，例如自動車尾氣脫硝處理，VOCs/CO/NH3的催化燃燒，甲烷/甲醇/乙醇/DME/煤油的重整制氫等等。3. 貴金屬替代型高效催化燃燒(含尾氣污染的催化燃燒治理)目前在工業(yè)催化燃燒中，主要以貴金屬為活性組分，多使用顆粒狀充填反應(yīng)器或堇青石蜂窩狀反應(yīng)器。主要問題是：① 貴金屬催化劑性能優(yōu)異，但價格昂貴；② 設(shè)備較為龐大，能量利用率低和運轉(zhuǎn)費用過高，從而嚴(yán)重限制了向中小型企業(yè)的普及應(yīng)用。貴金屬替代催化劑和高效節(jié)能的緊湊型反應(yīng)器的開發(fā)成為該領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢。我們對于有機揮發(fā)性氣體VOCs、CO及NH3的催化燃燒凈化，使用多種類型的催化劑進行了研究。主要包括：傳統(tǒng)的粒狀負載催化劑、負載型改性PAA整體式催化劑、Bulk型復(fù)合金屬氧化物催化劑、改性TiO2催化劑、含碳素的非貴金屬催化劑等。目前為止，所開發(fā)的Bulk型Cu-Co系、Cu-Mn系、Fe-Mn系等催化劑，在芳香族(苯、甲苯、二甲苯)的燃燒上接近貴金屬催化劑。在CO、NH3、乙酸乙酯、己烷等的燃燒上達到或超越貴金屬催化劑(表-1)。當(dāng)前，我們在整合PAA改性修飾技術(shù)和復(fù)合金屬氧化物技術(shù)的基礎(chǔ)之上，正在從事負載非貴金屬的PAA催化燃燒催化劑的開發(fā)，并把它用于化工供熱源及大氣污染的燃燒治理(VOC、NH3、CO、HC等)。充分利用金屬整體式催化劑在可塑性和傳熱性上的優(yōu)異性能，通過合理的催化劑成型及反應(yīng)器設(shè)計，提高放/吸熱耦合性，實現(xiàn)高效節(jié)能和小型化的目的(諸如采用Multi-tube型、Wall-type型、多層同心圓等反應(yīng)器設(shè)計，在平板狀催化劑的兩側(cè)分別設(shè)置燃燒反應(yīng)和換熱介質(zhì))。同時，在結(jié)合金屬整體式催化劑特性的基礎(chǔ)之上，根據(jù)具體的用途對反應(yīng)體系進行合理的工藝設(shè)計。例如對于低濃度大風(fēng)量尾氣的處理，采用“濃縮–燃燒”一體化設(shè)計，并在反應(yīng)啟動階段采用通電啟動催化反應(yīng)(圖-8)。圖-8 大中小型VOCs催化氧化處理系統(tǒng)4. 多功能型重整制氫催化劑的研究 (日本專利2011-31162) 碳氫化合物的重整制氫主要用途為PEFC燃料電池的制氫及H2和CO化工原料的制備。但是由于重整制氫多為強吸熱反應(yīng)，反應(yīng)體系對吸/放熱的耦合有嚴(yán)格要求，另外PEFC制氫的啟動性和小型化等也被較多地關(guān)注。2004年起，我們啟動了多功能重整制氫催化劑的開發(fā)(甲烷、DME、甲醇、乙醇、煤油等)，為降低催化劑成本，使用低價Ni為主要活性成分(圖-9)。為解決鎳催化劑中常出現(xiàn)的鎳氧化、結(jié)焦、燒結(jié)等失活問題，在孔道控制的基礎(chǔ)之上，通過Nickel Aluminate中間層及痕跡量貴金屬添加等技術(shù)的開發(fā)，制備了具有較高壽命并且可以自活化?自復(fù)活的AAO鎳催化劑。在與商業(yè)催化劑（SüD–CHEMIE的RUA和FCR-4，新日本石油的RUA-2）的對比測試中，該催化劑表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。使用都市煤氣13A為原料，3000h靜態(tài)壽命測試及500回DSS模式測試(Daily startup and shutdown)均取得良好結(jié)果(圖-10)。基于板式通電加熱型PAA催化劑的水蒸氣重整制氫的測試結(jié)果表明，采用階段式通電加熱，系統(tǒng)啟動時間可從傳統(tǒng)的外加熱式的1h縮短為10min，從而為實現(xiàn)PEFC的快速啟動提供了有力的技術(shù)保障。多用途是該催化劑的重要特點。除天然氣的水蒸氣重整之外，在甲醇、乙醇、燈油的水蒸氣重整，甲烷直接部分氧化重整，甲烷二氧化碳重整等體系中均取得了良好結(jié)果。迄今為止，在非貴金屬催化劑中，多功能型重整催化劑尚未見報道。目前的主要工作是：1) 催化劑的進一步改良優(yōu)化；2) 以流程集成化和強化傳熱為目的，進行Multi-tube或Wall-type型反應(yīng)器的設(shè)計(重整–燃燒一體化) (圖-11)；3) 整合非平衡式“CO2吸附–重整”一體化設(shè)計，超越CO的SHIFT反應(yīng)的平衡限制，例如采用CO2吸附技術(shù)，或催化膜反應(yīng)器等；3) 生物質(zhì)原料(生物質(zhì)甲醇、乙醇、甲烷等)的重整制氫，及CO2的重整等研究；5. 整體式催化劑的新用途在上述研究的基礎(chǔ)之上，我們根植于材料化學(xué)工程國家重點實驗室和化學(xué)工程與技術(shù)國家一級重點學(xué)科，進行跨專業(yè)跨學(xué)科的合作，充分發(fā)揮整體式催化劑的特點，逐步拓展其在能源和環(huán)保等領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如：1) 金屬基催化劑的放電電極和催化反應(yīng)效果的疊加2) 再生式環(huán)控生保系統(tǒng)二氧化碳的Sabatier反應(yīng)3) 加氫、裂解、C1及C2合成4) 水污染治理上的應(yīng)用5) 傳統(tǒng)化工領(lǐng)域的技術(shù)革新，例如，在催化精餾中實現(xiàn)流道設(shè)計用的塔填料與反應(yīng)用的催化劑的一體化構(gòu)造，用以實現(xiàn)裝置的小型化、降低床層壓降以及解決催化精餾常出現(xiàn)的液泛等問題。