南京工业大学 - 《南京工业大学报》
我校学子再夺“挑战杯”特等奖
使用新型催化剂，治理废气有望增效超亿元
作者：杨芳,钬璐屹
本报讯 用过渡金属钴、锰替代铂、钯等贵金属元素，同时引入铈、锆稀土元素，便可以达到较好的催化活性效果，降低治理有机废气的处理成本？管国锋教授指导，化工学院高鹏飞等同学的成果 《稀土基非贵金属催化剂的制备及在精对苯二甲酸生产工艺废气中的应用》便达到了这一目的，且有望增效超亿元。日前，该成果在第十五届“挑战杯”大赛中斩获特等奖。
“相较于能耗大的冷凝法、吸收法等回收技术和缺乏实际应用的光催化氧化法、脉冲电晕法等降解技术，目前催化燃烧法是最广泛也最有效的治理工业废气的方法。”谈及参赛的选题，高鹏飞说道。据介绍，精对苯二甲酸（PTA）作为一种重要的有机原料，广泛应用于化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面。中国作为最大的PTA消费国，每年因生产PTA而产生的工业废气超过了10亿立方，工业废气问题严峻。“催化燃烧法的核心在于催化剂的制备，其中贵金属铂（Pt）、钯（Pd）等是最常用的催化剂，但贵金属本身价格高昂，抗毒性差，所以我们尝试用非贵金属代替贵金属来研发催化剂。”高鹏飞补充道。
高鹏飞团队利用钴、锰非贵金属本身多变的价态来提升催化剂的活性，并考虑到稀土元素铈(Ce)较强的储释放氧能力，以及锆（Zr）元素本身的热稳定性，加入了铈-锆(Ce-Zr)元素以固溶体形式进一步提升催化剂的活性和稳定性。“金属氧化物表面氧的种类和吸附、脱附的难易程度决定了催化剂的活性高低，活性组分和涂层材料的筛选是本项目的关键技术之一。这就好比我们给催化剂换了些成分，加了点‘胶水’来让它们更稳定，更高活性地发挥催化作用。”高鹏飞解释道。
据悉，高鹏飞团队研究成果已通过中试。事实证明，稀土基非贵金属催化剂的研发既满足了催化活性还利用了我国丰富的稀土资源，经济效益颇高。实验数据显示，较之传统催化剂的3年运行期，-0新型催化剂运行寿命可达5年，节约催化剂成本32.7%。如果以我国PTA年产能5000万吨计，使用本项目研发的催化剂有望提升经济效益1.5亿元左右。
“高鹏飞他们研发了非贵金属整体式催化剂，并建成了国内首套非贵金属净化挥发性有机废气（VOCs）的工业化装置，运行性能和稳定性达到了国外先进产品的水平，打破了贵金属催化剂在该领域的垄断。创制的催化剂具有活性高、稳定性好以及生产成本低等特点，市场前景广阔。”指导老师管国锋教授介绍道。 杨芳 狄璐屹