乙二醇

开创乙二醇生产新原料路径 降低投资30% 　　记者从西南化工研究设计院获悉，该院开发的“回收和利用工业排放气制乙二醇技术”，日前通过由四川省科技厅组织的专家鉴定。新技术不仅开创了乙二醇生产的新原料路径，降低投资30%，还有效解决工业排放气的污染问题，已具备成熟工业化条件。 　　西南化工院自1986年在国内率先开展合成气制乙二醇技术研究，并承担“十一五”国家科技支撑计划重点项目“非石油路线制备大宗化学品关键技术开发”。经过25年不懈努力，科研人员先后完成该技术的关键催化剂及配套工艺集成开发，开发了具有工业应用价值的两个核心催化剂，实现转化率100%、选择性90%条件下，6000小时以上长周期考核 通过减去复杂的“煤气化”设备和工艺，每吨产品节省甲醇消耗0.16吨、蒸汽消耗2.5吨 形成加氢反应器、聚酯级乙二醇产品精制等五大关键工艺技术，目前已获4项国家发明专利。 　　专家介绍，与传统石油路线、煤制路线制备乙二醇相比，采用黄磷尾气或电石炉尾气等工业排放气生产乙二醇的新技术，成本仅为4000元/吨，分别节省3500元和1000元。而从环保效益分析，按国内每年产100万吨黄磷计算，每年可减排3750吨磷化物、7500吨硫化物、200吨砷化物和1250吨氟化物。 　　乙二醇作为用于溶剂、防冻剂以及合成涤纶的主要原料，今年年底在我国产能将达到每年450万吨，消费量则为每年800万吨。若近400万吨产能缺口采用工业排放气为原料替代生产，每年可节约外汇30多亿美元，同时减少200多万吨乙烯消耗。

聚萘二甲酸乙二醇酯简称PEN，是聚酯家族中重要成员之一，是由2,6-萘二甲酸二甲酯（NDC）或2,6-萘二甲酸（NDA）与乙二醇（EG）缩聚而成，是一种新兴的优良聚合物。目前主要应用于磁带的基带、柔性印刷电路板、电容器膜、F级绝缘膜等方面，也开始逐渐延伸至碳酸饮料瓶、酸性饮料瓶等包装领域和工业电缆料、过滤器介质用单丝等工业用纤维领域。PEN化学结构与PET相似，其各项特性也与PET类似，但在分子链中PEN由刚性更大的萘环代替了PET中的苯环。使PEN比PET具有更高的物理机械性能、气体阻隔性能、化学稳定性及耐热、耐紫外线、耐辐射等性能。国标GB/T 1632.5-2008中对聚萘二甲酸乙二醇酯特性黏度的测量方法给出了详细的说明：对于无定型的PEN采用苯酚四氯乙烷作为溶剂，结晶PEN采用苯酚三氯苯酚作为溶剂，再通过相关辅助设备测试PEN溶液的黏度。在PEN的黏度测试流程中，传统的手动测试方式是使用乌氏粘度管在温控精准度较高的恒温水浴槽中进行黏度测试，采用传统的手动测试方法会存在：测试精度低，测试流程繁琐等诸多弊端。随着生产企业以及研发机构等对于实验数据高标准、高精度、高效率的要求，自动化的乌氏粘度仪已逐步取代传统手动测试方法。以杭州卓祥科技有限公司的IV3000系列全自动乌氏粘度仪、MSB系列多位溶样块、ZPQ智能配液器一整套黏度测试设备为例：实验流程：1. 智能配液过程使用ZPQ智能配液器进行配液，点击配液功能后，直接输入浓度和质量（可通过连接天平直接获取），可直接计算出所需要的目标体积进行移液并且精度可达0.1%。可避免因手动配液方法导致的精度差、效率低及数据误差等问题。ZPQ智能配液器还具有密度计算功能，移取液体体积后，输入质量（可与天平通讯，直接获取），即可自动计算出密度值。2. 溶样过程MSB系列多位溶样块，采用金属浴的方式进行加热溶样并具有自动搅拌功能，同时最多可容纳15个样品。溶样效率快、转速可调、溶样时间可调、溶样温度可调、溶样温度最高可达180℃。3. 测试过程IV3000系列乌氏粘度仪可实现自动连续测量，全程无需人员看管。并且采用的智能红外光电传感器，保证测量时间可精确到毫秒级，可有效确保实验数据的精度，避免人工实验导致误差。4. 测试结果：IV3000系列全自动粘度仪连接电脑端，得出结果可在计算机上直接显示，并有数据储存、多样化粘度分析报表和外推分析等多种功能。5. 粘度管清洗干燥过程：仪器自动排废液、清洗并干燥粘度管，粘度管无需从浴槽中取出，粘度管不易损坏，减少耗材成本支出。清洗模式可多种选择，同时具有废液分类收集功能，减少废液回收成本及避免因多种废液混合导致的风险。IV3000系列乌氏粘度仪可实现自动测试、自动排废液、自动清洗及干燥过程的自动化，告别粘度管是耗材的时代。

【研究背景】随着可再生能源需求的增加，乙二醇（EG）作为一种重要的有机化学品，其高效氧化反应（EGOR）引起了广泛关注。EG广泛用于聚酯和其他化学品的合成，但其氧化过程中的低反应效率和选择性成为了研究中的主要挑战。因此，开发高效、稳定的催化剂以提升EGOR性能显得尤为重要。在此背景下，研究者们探索了贵金属催化剂的潜力，尤其是钯（Pd）催化剂在电化学氧化反应中的应用。近期的研究表明，使用钯基催化剂（如Pd/NF）在电流和电位循环策略下，能够显著提高EG的转化率和选择性。为了解决催化剂在反应过程中的失活问题，上海交通大学物质科学原位中心陈立桅课题组以及化学化工学院徐鹏涛、Xi Liu等人携手采用了电位循环和原位表面增强拉曼光谱（SERS）等技术，深入探讨了催化剂表面的变化及其影响。实验结果显示，优化的电化学条件不仅改善了催化剂的稳定性，还增强了反应的法拉第效率。进一步的表征分析，如X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收精细结构（XAFS），揭示了催化剂在反应过程中结构和电子特性的演变。这些研究不仅为EG的高效氧化反应提供了新的理论基础和技术路径，也为其他有机化合物的电化学转化研究提供了借鉴，推动了绿色化学的进步。【表征解读】本文通过多种先进的表征手段对Pd/NF的结构特性及其在电化学氧化反应中的表现进行了深入分析，揭示了其在乙二醇氧化反应中的优异性能。具体而言，使用日立HF5000显微镜获取的扫描透射电子显微镜（STEM）图像，展现了Pd/NF的纳米结构特征，这为理解其高催化活性提供了重要依据。此外，利用克拉托斯Axis Ultra DLD进行的X射线光电子能谱（XPS）分析，确定了Pd/NF表面的化学状态和组成，进一步揭示了其催化反应中的反应位点。针对Pd/NF在电化学反应中表现出的优异催化特性，本文通过原位表征手段揭示了电化学氧化反应（EGOR）的微观机理。高效液相色谱（HPLC）分析了乙二醇的电化学氧化产物，提供了催化过程中的关键反应路径数据。这一过程的研究，揭示了Pd/NF在不同电位下催化反应的选择性和效率，为设计更高效的催化剂提供了理论基础。在此基础上，结合扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS），对Pd/NF电极在不同电化学条件下的表面形态变化进行了观察。结果显示，在电位循环和持续电流的作用下，Pd的表面结构发生了显著变化，这与其催化性能的衰退密切相关。这一发现为理解贵金属催化剂的失活机制提供了新的视角，有助于开发更为稳定的电催化材料。【图文速递】图1：Pd/NF的结构特征及其在恒电位下的EGOR性能。图2：贵金属在CP-EGOR下的失活机制。图3：Pd/NF在电位循环策略下的EGOR性能。图4：EPC-EGOR下贵金属表面的演变。图5：EPC-EGOR的参数控制与稳定性。图6：流动池系统中CP模式与EPC模式下的EGOR比较。【科学启迪】本文的研究为电化学氧化反应（EGOR）提供了新的思路，展示了在催化剂设计与性能优化方面的重要进展。通过对Pd/NF电极的表征与性能评估，揭示了其在乙二醇氧化过程中的优越表现，并分析了不同电化学条件对催化活性的影响。这些发现不仅有助于理解贵金属催化剂的去活化机制，也为提高电催化效率提供了指导。特别是在采用循环电位策略（EPC）时，Pd/NF显示出显著的稳定性与可逆性，表明优化电化学条件能够有效延长催化剂的使用寿命。此外，本文通过高效液相色谱（HPLC）和原位表面增强拉曼光谱（SERS）等先进技术，实现了对反应产物的精准分析，进一步深化了对反应机制的认识。整体而言，研究不仅为贵金属催化剂在能源转化领域的应用提供了新思路，也为未来的催化剂设计与优化提供了理论基础，推动了电化学领域的进一步发展。参考文献：Zhao, G., Lin, J., Lu, M. et al. Potential cycling boosts the electrochemical conversion of polyethylene terephthalate-derived alcohol into valuable chemicals. Nat Commun 15, 8463 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52789-2