大連化物所采用納米反應(yīng)器實現(xiàn)乙二醇綠色合成

中科院大連化學物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室李燦院士和楊啟華研究員領(lǐng)導的研究團隊，在納米反應(yīng)器中實現(xiàn)了高效、綠色、節(jié)能的環(huán)氧乙烷催化水合制乙二醇(MEG)過程。

傳統(tǒng)乙二醇生產(chǎn)過程采用環(huán)氧乙烷(EO)的直接水合。為得到高MEG選擇性，反應(yīng)體系中需要大大過量的水(通常H2O/EO的物質(zhì)的量的比可高達20)，反應(yīng)液中 MEG的質(zhì)量分數(shù)低于10%，因此產(chǎn)品的蒸餾提純是高能耗過程。為了降低能耗，人們采用酸堿催化水合過程。然而，傳統(tǒng)酸堿催化過程仍需要H2O/EO遠高于計量比的條件才可獲得MEG的高選擇性。

該研究團隊研究發(fā)現(xiàn)，封裝于氧化硅基納米籠中的Co(Salen)分子催化劑在環(huán)氧化合物手性拆分反應(yīng)中顯示出協(xié)同耦合加速效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上進一步發(fā)現(xiàn)在EO催化水合反應(yīng)中，利用納米反應(yīng)器，在40℃、接近計量水比(約等于2)條件下，可獲得98%的EO轉(zhuǎn)化率和98%的MEG選擇性，反應(yīng)體系中EO的質(zhì)量分數(shù)達到75%以上，大幅度降低了MEG生產(chǎn)中的能耗。同時，該多相催化劑避免了傳統(tǒng)液體和固體酸催化過程的環(huán)境污染問題，可實現(xiàn)催化劑的分離和再循環(huán)利用，是典型的綠色催化過程。研究發(fā)現(xiàn)，在納米籠內(nèi)的金屬絡(luò)合物分子催化劑處于自由運動狀態(tài)，從而在納米尺度上保持了其均相催化的本征特性，由于雙中心協(xié)同耦合效應(yīng)，顯示出較高的本征催化活性。采用封裝方法制備的催化劑在宏觀上是固體催化劑，因此，納米反應(yīng)器中的催化兼具多相和均相催化之優(yōu)點。利用這一策略，該研究團隊在納米反應(yīng)器中實現(xiàn)了雙分子催化氧化水分子放氧的反應(yīng)和環(huán)氧化合物動力學拆分反應(yīng)。