工業(yè)乙烯原料含有0.5-2.0%的乙炔雜質(zhì)，需在聚合之前將乙炔雜質(zhì)的濃度降低至百萬分之一級(jí)別，目前普遍采用的是熱催化乙炔加氫技術(shù)。然而，熱催化加氫技術(shù)通常需要在100攝氏度以上的溫度進(jìn)行，且需要引入過量氫氣，不僅易造成乙烯過度加氫，后續(xù)還需要額外的氣體分離操作。在更低溫度下實(shí)現(xiàn)乙炔的選擇性催化轉(zhuǎn)化，同時(shí)避免引入額外氣體雜質(zhì)，面臨巨大挑戰(zhàn)。
近期，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心受托管理的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)“仿生納米結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)換材料及器件”項(xiàng)目取得重要研究進(jìn)展。中科院理化技術(shù)研究所的項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過協(xié)同攻關(guān)，研究提出了一種基于氣-固-液三相界面的新型電催化乙炔還原反應(yīng)策略。研究人員采用層狀雙金屬氫氧化物原位轉(zhuǎn)變形成的Cu/Cu2O界面結(jié)構(gòu)納米催化材料，以水取代氫氣為質(zhì)子源，在室溫下實(shí)現(xiàn)了富乙烯氣體中低濃度乙炔的選擇性還原，乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)99.9%，乙烯選擇性大于90%，成功將乙炔濃度由5000 ppm降至1 ppm以下。該電催化乙炔還原反應(yīng)體系的各項(xiàng)指標(biāo)(乙炔轉(zhuǎn)化率、乙烯選擇性、氫氣殘留量、反應(yīng)溫度、比活性)均達(dá)到或超過了熱催化乙炔加氫報(bào)道的最優(yōu)值。
該研究成果有望取代現(xiàn)有熱催化乙炔加氫技術(shù)，應(yīng)用于工業(yè)乙烯原料氣的提純過程，為實(shí)現(xiàn)乙烯工業(yè)的碳中和目標(biāo)指出了新的研究發(fā)展方向。相關(guān)研究成果于2021年7月發(fā)表在Nature Catalysis上。
