世界催化劑前沿技術介紹

摘要：這里系統地介紹了國內外多種催化劑新技術、新材料和新產品發展動態和發展趨勢，針對我國催化劑技術發展現狀，對催化劑行業的發展提出了自己的見解。

1.前言

催化劑的主要作用是降低化學反應的活化能，加快反應速度，因此被廣泛應用于煉油、化工、制藥、環保等行業。催化劑的技術進展是推動這些行業發展的有效的動力之一。一種新型催化材料或新型催化工藝的問世，往往會引發革命性的工業變革，并伴隨產生巨大的社會和經濟效益。

1913年，鐵基催化劑的問世實現了氨的合成，從此化肥工業在世界范圍迅速發展；20世紀50年代末，Ziegler－Natta催化劑開創了合成材料工業；20世紀50年代初，分子篩憑借其特殊的結構和性能引發了催化領域的一場變革；20世紀70年代，汽車尾氣凈化催化劑在美國實現工業化，并在世界范圍內引起了普遍重視；20世紀80年代，金屬茂催化劑使得聚烯烴工業出現新的發展機遇。目前，人類正面臨著諸多重大挑戰，如：資源的日益減少，需要人們合理開發、綜合利用資源，建立和發展資源節約型農業、工業、交通運輸以及生活體系；經濟發展使環境污染蔓延、自然生態惡化，要求建立和發展物質全循環利用的生態產業，實現生產到應用的清潔化。

2.國外催化劑技術發展趨勢

經過長期的發展，催化劑的應用領域已趨向如下局面：傳統的石油化工技術基本趨于成熟，但需要新催化劑以滿足原料性質變差、產品升級換代以及日趨苛刻的環保要求；天然氣化工和煤化工在經濟上還不能與石油化工競爭，所涉及的催化技術有很大的相似性；用于高附加值化學品和藥物中間體合成為主的精細化工催化技術相對較為分散，發展遲緩，目前正在得到加強；以環境治理和環境保護為目的催化技術得到了廣泛的重視。

?據統計，全世界石油加工的產值為940多億美元，基本有機化工和精細化工分別520和480億美元左右，雖然在產量上，后二者之和低于前者，但其產值已超過石油加工，而且呈上升趨勢。新型催化劑、高效催化反應技術和催化新材料及催化劑制備共性技術的創新是推動這些產業發展的核心。其中，環保用催化工藝及相應的新型催化劑、催化劑制備精細化等的發展是關鍵，也是今后催化劑技術的主要發展方向。

2.1 新型催化劑的開發與應用發展迅速

2.1.1 煉油與化工催化劑

新型、高效催化劑的研制，是石油和化學工業實現跨越式發展的基礎。近年來，國際上有關催化的研究中，近50%的工作圍繞開發新型催化劑展開，且對其重視程度日益增加。另一顯著特點，是新型催化劑的開發與環境友好密切聯系，即要求催化劑及催化技術生產生活必須品的同時，從源頭消除污染。固體酸催化劑是近年來國際上發展起來的一類新型催化劑，因其可在酯化、烷基化、異構化等重要反應中替代傳統催化劑，并從源頭杜絕污染，從而成為發展勢頭為強勁的一類新型催化劑。

均相堿催化在化學品合成中占有相當比例，如環氧化物開環加成合成表面活性劑、酯交換制備精細化學品等，但因嚴重的污染問題對環境造成惡劣影響。近年來，以固體堿替代傳統氫氧化鈉等液堿催化劑已成為必然的發展趨勢。

由于對催化劑活性、經濟、環保的要求，煤液化催化劑的研究重點已經集中在超細粒分散型鐵基催化劑的制備與加入方式上，今后的研究課題仍需在用離子交換法引入催化劑的方式、直接浸漬方法的改進、納米級氧化鐵和改性(硫化)氧化鐵的應用、低濃度的可促進鐵基催化劑活性提高的金屬的加入等方面做工作。

2.1.2 汽車尾氣凈化催化劑

隨著汽車發動機新技術的應用及環保法規的日益嚴格，汽車尾氣轉化催化劑將呈以下發展趨勢。首先，為提高燃料燃燒效率和減少CO排放，汽車發動機將逐漸采用貧燃技術。據有關報道，該發動機比常規發動機的燃料經濟性高出20%～25%。由于氧氣過剩，因而將NOX還原脫除就成為一技術難題。目前正在研究的解決方案包括NOX捕集、選擇性還原和電熱催化劑等，該技術可望于近期在歐洲工業化。其次是設計發動機冷啟動時能快速預熱的催化劑。

在歐洲和北美，汽車排放污染物主要是在催化轉化器預熱之前的早期排放引起的。在今后數年中，美國、歐洲和日本將生效的更為嚴格的排放限制主要是針對啟動前20～30s尾氣的凈化。此外，汽車尾氣轉化催化劑生產商正致力于減少催化劑中的貴金屬含量。第三是消除H2S的排放。

2.1.3 光催化劑

20世紀 70年代初的石油危機不僅帶來了光電化學的迅速發展，而且引起了對光催化劑領域的廣泛關注。近 30年來，由于在環境治理、太陽能轉換、臨床醫學等諸多方面的潛在應用，光催化及其相關技術得到了快速發展，尤其在污水處理和太陽能轉換方面得到了廣泛研究。

從光催化劑應用的前景來看，目前主要應用領域：一是二氧化鈦涂層的自潔凈功能。將二氧化鈦鍍在建筑材料、交通工具、室內裝修材料的外表，利用生活中的太陽光、照明燈光即能分解這些表層的污染物，雨水清洗即實現自潔功能。二是超親水性能用于制備防霧設備。如涂有超親水光催化性薄膜的玻璃遇到水氣時表面形成了均勻的水膜，所以鏡像保持清晰。三是空氣和水資源的凈化。