讓工業催化劑神奇“自愈”

鮑曉軍教授（中坐者）與團隊成員分析圖像數據。（受訪者供圖）

　　4月10日，一則重磅消息從福州大學化工學院、清源創新實驗室傳出：鮑曉軍教授、朱海波教授課題組聯合多家單位，歷經6年攻堅，成功研製出首款具備“自愈再生”功能的智慧丙烷脫氫鉑催化劑，首次實現了催化劑在無氯條件下完全再生，解決了現有再生過程産生大量氯污染物和反應器腐蝕的問題。

兩大顛覆性設計

　　丙烯是塑膠、地毯、口罩、汽車部件等産品的基礎化工原料，在現代生活中至關重要。隨著全球經濟發展，其市場需求持續增長。目前，約10%的丙烯通過丙烷脫氫（PDH）技術生産。頁巖氣革命使得丙烷供應充足且價格低廉，讓PDH技術成為化工領域的“明星賽道”。

　　然而，丙烷脫氫生産丙烯常用的負載型鉑團簇催化劑存在嚴重缺陷。在嚴苛工況下，催化劑中的鉑原子易從原子級團簇聚整合幾百奈米級粒子，致使催化劑燒結失活。

　　傳統工藝為使失活催化劑恢復活性，需在含劇毒氯氣的氧化氣氛中燒除積碳，並借助氯氣誘導鉑顆粒重新分散。但這種工藝弊端明顯，不僅嚴重腐蝕生産設備，還會在生産過程中排放大量含氯污染物，並産生巨量碳排放，環保成本令人咋舌。

　　鮑曉軍、朱海波團隊迎難而上，精準錨定問題核心：規避氯氣使用、延長催化劑壽命。為此，他們耗費6年重構催化劑結構，終獲重大突破——含鍺分子篩負載的鉑催化劑應運而生。

　　據介紹，這一創新成果蘊含兩大顛覆性設計：一是把鉑金屬顆粒封裝在含鍺分子篩中，形成“蜂窩狀安全屋”，即便800℃高溫也能保證鉑原子不團聚；二是催化劑積碳失活時，用空氣加熱，鉑顆粒自動“解體”成單原子態，積碳燒除後又能重組恢復工作，全程無需氯氣，再生週期大幅延長。

　　該催化劑極為神奇，在“脫氫反應-燒炭再生”迴圈中展現出“Pt8團簇⇌Pt1單原子”動態可逆轉化的特性。在800℃氧化環境連續處理長達10天后，孔道內鉑物種穩如泰山，首次達成無氯氧化氣氛中超百次完全再生，為全球化工界所矚目。

醞釀一場綠色變革

　　作為我國石油加工領域學術&&人之一，鮑曉軍近30年投身理論研究與技術研發。據清源創新實驗室介紹，針對汽油品質升級難題，他帶領團隊研發三代成套技術，市場佔有率超三分之一，助力生産超1億噸清潔汽油，利潤超200億元。

　　談及此次重大成果，鮑曉軍説，該成果為解決工藝難題和設計貴金屬催化劑開闢了新途徑，賦予工業催化劑“自適應”與“自修復”能力，使其進階為能靈活應對不同環境的智慧催化劑。

　　這項技術優勢突出。環保上，從根源淘汰氯氣再生工藝，杜絕氯氣使用，減少碳排放；經濟上，降低再生能耗，減輕設備腐蝕，延長使用壽命；性能上，實驗室顯示連續再生週期較傳統催化劑延長超10倍，而且潛力巨大，有望為高溫抗燒結催化劑設計開闢新路徑，推廣至其他化工領域。

　　鮑曉軍團隊的研究遠不止於此，從“自愈再生”丙烷脫氫催化劑到“減污降碳”煙氣脫硝催化劑，一場由分子篩催化劑引發的綠色變革正在醞釀。

　　面對分子篩材料製備的綠色化、高性能化和低成本化挑戰，團隊提出了一條基於天然礦物納微尺度解聚-重組裝製備高性能分子篩的低成本綠色合成路線，完成了系列微孔分子篩和雜原子分子篩的中試放大生産和中試性能評價。該研究成果讓高性能分子篩催化材料合成實現綠色化，還為廉價天然礦物的高附加值利用開闢新路，榮獲2022年中國化工學會基礎研究一等獎。

　　基於首創的以天然硅鋁礦物為原料的分子篩綠色合成技術，團隊在南平邵武孵化了1家初創型高技術企業，實現了等級孔ZSM-5分子篩及分子篩基催化劑的成果轉化落地。目前，鮑曉軍教授研發的分子篩基系列催化裂化汽油加氫改質催化劑，已在全球27套裝置大規模使用，兩次獲得國家科技進步獎二等獎。

研究成果“走出”實驗室

　　在泉州市泉港區石油化工科教園區（福州大學石油化工學院泉港校區），由泉州市政府&&，依託福州大學與中化泉州石化有限公司共建的福建省首批創新實驗室之一——清源創新實驗室坐落於此，鮑曉軍擔任實驗室的執行主任。

　　鮑曉軍介紹説，實驗室秉持“企業研發落在實驗室，實驗室建在産業鏈上”的理念，全力加速成果轉化。他認為，技術和産品的中試放大只是起點，實現創新鏈與産業鏈深度融合，才是實現産業化、形成新質産業集群的關鍵。如今，由他領銜的研究團隊正積極探索實踐，穩步走在這條融合發展之路上。

　　借助實驗室産學研用深度融合的優勢，團隊以自有智慧財産權的技術和産品為載體，巧妙融合團隊及蔡偉龍教授等研究者的多項前沿技術，如“分子篩基煙氣脫硝催化劑”“聚苯硫醚高性能纖維關鍵技術”“節能型高通量覆膜濾料關鍵技術”“大通量催化濾料製備技術”等，匠心獨運開發出高溫低塵SCR脫硝一體化技術。

　　這項核心技術已入選中國環境保護産業協會2023年生態環境保護實用技術裝備和示範工程名錄。憑藉此技術，清源創新實驗室在2022年和2024年，于泉州市相繼孵化出2家初創型高技術企業，還吸引了4家相關企業從杭州等地集中搬遷入駐惠安縣惠東新能源産業園，一時間園內企業匯聚，産業集聚勢能初顯。

　　鮑曉軍團隊始終錨定産研貫通的發展航向，一路乘風破浪。一方面，他們聯合龍頭企業搭建研發中心，為技術迭代注入澎湃動力；另一方面，引入地方國企設立創投基金，以金融“活水”潤澤自主研發技術的産業化進程，加速創新成果從實驗室邁向市場的步伐。

　　在這一系列創新舉措驅動下，團隊主動出擊，整合催化材料、節能環保、裝備製造等領域的龍頭企業，構建一個産業集群。這裡有4000噸/年雜原子分子篩生産線、4000m³/年蜂窩體相型脫硝催化劑生産線等多個項目，以減污降碳新技術為主營業務，預計未來3年産值將超20億元，為化工産業綠色發展添磚加瓦。（記者 李珂 通訊員 劉娟）