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近日，AIChE Journal報(bào)道了我?；瘜W(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周興貴教授課題組在工業(yè)顆粒催化劑孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的最新研究工作，題為“Optimizing Catalyst Pore Network Structure in the Presence of Deactivation by Coking”。這是該課題組圍繞工業(yè)顆粒催化劑孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在AIChE Journal上發(fā)表的第四篇論文，之前三篇分別為AIChE J. 65:140–150, 2019; AIChE J. 63: 78–86, 2017; AIChE J. 62: 451–460, 2016。
催化劑是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的支柱，是化工生產(chǎn)的核心技術(shù)。工業(yè)顆粒催化劑的開發(fā)包括微觀尺度活性位的設(shè)計(jì)和介觀尺度載體顆粒的設(shè)計(jì)。目前，大多數(shù)的研究集中在微觀尺度活性位上，卻很少有研究者關(guān)注介觀尺度載體方面的研究。催化劑顆粒內(nèi)具有非常復(fù)雜的多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)和豐富的表界面結(jié)構(gòu)，這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)又發(fā)生著復(fù)雜的擴(kuò)散-反應(yīng)耦合過程。為了理性設(shè)計(jì)催化劑顆粒內(nèi)的孔道結(jié)構(gòu)和表界面結(jié)構(gòu)，需要借助合理的數(shù)學(xué)模型。
該課題組針對(duì)工業(yè)顆粒催化劑孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)了先進(jìn)的孔道網(wǎng)絡(luò)模型，并將該數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于苯加氫、Claus反應(yīng)和丙烷脫氫等重要工業(yè)反應(yīng)體系的研究：解析了這些工業(yè)催化劑顆粒中復(fù)雜的擴(kuò)散、反應(yīng)、相變、結(jié)焦、堵孔和失活等過程；量化了孔道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與催化劑性能之間的“構(gòu)-效”關(guān)系；提出了催化劑顆粒的多級(jí)孔道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，能大幅度提高催化劑顆粒的活性、選擇性和穩(wěn)定性。
化學(xué)反應(yīng)工程是我?；瘜W(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的特色和優(yōu)勢(shì)研究方向，主要針對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)與開發(fā)，這一系列研究工作為工業(yè)催化劑載體形態(tài)和孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要的理論基礎(chǔ)，是化學(xué)反應(yīng)工程的重要拓展。目前該課題組在與多家企業(yè)合作研究?jī)?yōu)化催化劑幾何結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高工業(yè)催化劑和反應(yīng)器的操作性能。
該系列研究工作的第一作者為我校化工學(xué)院葉光華特聘副研究員，通訊作者為我校周興貴教授，共同通訊作者包括倫敦大學(xué)學(xué)院Marc-Olivier Coppens教授和漢堡工業(yè)大學(xué)Frerich J. Keil教授。相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、華東理工大學(xué)一流學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)的資助。
論文鏈接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aic.16687?af=R
https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.16410
https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.15415
https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.15095
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