原位合成過氧化氫實現尼龍單體綠色合成
5月6日，《科學》刊發上海交通大學化學化工學院教授陳立桅等人的科研成果。研究人員設計出一種合金催化劑，實現在接近工業過氧化氫氨氧化條件下，直接從氫氣、氧氣、碳酸氫銨和環己酮，一步法高選擇性制備環己酮肟。這對發展新型綠色化工和化學合成具有重要意義。
過氧化氫具有較合適的氧化能力，而且其反應產物為水，適合作為環境友好的氧化劑應用于綠色化工合成。工業上利用鈦硅分子篩為催化劑，催化過氧化氫氨氧化環己酮制備尼龍6單體環己酮肟，能大幅度簡化生產工藝，在得到高轉化率和高選擇性的同時，極大減少低價值副產物和廢棄物產生。
盡管過氧化氫在發展綠色化學化工中扮演了重要角色，但是現有工業蒽醌法制備成本高、過程復雜，且可能污染環境。如果可以利用原位的方法直接生成過氧化氫完成催化氨氧化等反應，可以極大的節省能耗和設備投資，使整個過程更加經濟綠色。
為此，陳立桅和上海交通大學化學化工學院研究員劉晰、英國卡迪夫催化中心教授Graham Hutchings等合作，突破性地設計出鈦硅分子篩負載金鈀合金催化劑，實現了在接近工業過氧化氫氨氧化條件下，直接從氫氣，氧氣，碳酸氫銨和環己酮一步法高選擇性制備環己酮肟，得到近100%環己酮選擇性，近100%氨選擇性和67%氫氣選擇性。
“這種方法的環己酮肟產率與工業過氧化氫氨氧化獲取產率相同。經過40小時或者250小時長時間實驗，催化活性一直保持穩定。”陳立桅補充說，“這是一條原位過氧化氫合成與氨氧化耦合實現綠色化工生產的新路徑?！?/span>
研究者進一步對這個催化體系進行經濟評估，發現假設催化劑壽命為2.3年，環己酮肟生產成本相比現有工業成本下降13%。
“這個經濟評估還沒有考慮到節約的有關非原位制備過氧化氫及運輸、稀釋等過程所帶來的額外成本。”陳立桅說。
該研究通過先進的催化劑設計，詳盡的實驗以及充分的微觀結構表征，第一次成功將原位過氧化氫合成與現有化工品生產進行結合，證明利用原位過氧化氫合成實現綠色化工新路線的可行性與經濟性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abl4822
