用新催化技術實現綠色合成與清潔生產對于化學工業的可持續發展意義重大。在上周由中國化工學會精細化工專委會主辦、寧波工程學院承辦的行業發展研討會上，專家們在討論精細化工強化清潔生產時特別指出，近年來受到廣泛關注的仿生催化技術將在化工生產綠色化的進程中發揮重要作用。
尋找節能減排突破口
談到仿生催化技術，自然離不開將烴類轉化為醇、醛、酮、酸的與節能減排關聯密切的烴類氧化過程。北京工業大學綠色化學與精細化工研究所所長佘遠斌指出，作為石油化工行業的核心技術之一，25%的化學反應、50%的化工產品均建立在烴類氧化工藝的基礎上。當下，化工行業發展面臨環境狀況惡化、安全事故頻發、資源與能源短缺等瓶頸制約，迫切需要在烴類氧化環節尋求突破。
通過提高烴類氧化過程的效率和選擇性，可以實現節能減排與環境保護；通過用溫和條件下的液相仿生催化氧化來替代高溫、高壓下的氣固相催化氧化，可以規避安全事故的發生；通過提高氧化反應的轉化效率，可以提高資源和能源的利用率。“這其中最關鍵的問題是氧化過程高效催化劑的分子設計與可控制備，于是仿生催化體系從中脫穎而出。”佘遠斌說。
就像大自然中酶對于生物質新陳代謝的促進作用一樣，仿生催化氧化技術是通過模擬生物體內的化學反應過程，開發出與生物酶相似的催化體系，在溫和的條件下實現烴類化學品的氧化。作為生物催化與化學催化的交叉成果，仿生催化技術填補了傳統工藝需要高溫高壓、選擇性差、催化效率低、環境不友好的缺點，受到了國際學術界和企業界的高度重視。
仿生催化被寄予厚望
佘遠斌表示，與天然生物催化劑相比，仿生催化劑具有價格低廉、性能穩定且易保存的優點，同時大大降低了催化劑生產的成本。作為典型的綠色化學技術，仿生催化追求的目標是通過生物代謝過程，改善碳氫化合物空氣氧化反應中的轉化率與選擇性，進而提高烴類氧化工藝的效益，取代現有非綠色工藝，并實現工藝過程的可調控性。
通常仿生催化體系擬解決三大關鍵問題，即仿生催化氧化烴類的特異性，微量仿生催化劑的高效轉化機制，仿生催化氧化活性和選擇性的精確調控。通過這三大課題的探索，研究人員期望獲得仿生催化氧化的共性和個性規律，實現高收率、高選擇性地獲得目標產物，有效解決目前烴類選擇氧化存在的安全隱患、環境污染等問題。
“金屬卟啉仿生催化劑就是仿生催化劑的典型代表，它具備反應專一、催化效率高、環境友好的重要優勢。”佘遠斌指出，金屬卟啉仿生催化劑的特點是催化劑用量少，只需3~300ppm級，不需回收且不產生二次污染；采用清潔廉價的氧氣代替污染嚴重的化合物作氧化劑；使用中性、堿性介質或無溶劑體系代替設備腐蝕嚴重的酸性介質；反應在接近室溫、常壓、中性的溫和條件下進行。
工業化應用為時不遠
記者了解到，佘遠斌課題組的主要研究內容就是新型仿生催化劑的分子設計與合成，以及其在氧化烴類綠色合成有機化工原料及精細化工中間體中的應用。到目前為止，他們已設計、合成了120多種各類金屬卟啉或酞菁仿生催化劑；在卟啉、金屬卟啉、酞菁的合成方面改進了4種方法，并研究開發了兩種新方法。
目前，該課題組已能夠提供仿生催化氧化環己烷合成己二酸，仿生催化氧化α-烯烴合成環氧化合物，仿生催化氧化鄰、間、對硝基甲苯合成鄰、間、對硝基苯甲酸，仿生催化氧化鄰、對硝基甲苯合成鄰、對硝基苯甲醛，仿生催化氧化鄰、對甲酚綠色合成鄰、對羥基苯甲醛，仿生催化氧化烷基取代芳烴綠色合成取代芳酮，仿生催化氧化苯酚合成鄰苯二酚等多項綠色化工生產技術。
這些成果有些已經和相關企業簽署了技術轉讓協議。另外，課題組將與浙江的一家企業合作，擬在國內建設世界最大的卟啉或金屬卟啉研究、開發和生產基地，解決這類催化劑的大批量合成和生產問題，滿足國內外催化等十大領域對卟啉或金屬卟啉的需求。
佘遠斌同時強調，當下金屬卟啉仿生催化體系在提高烴類氧化反應轉化率與選擇性的同時，還要努力降低工業化生產的成本，并進一步提升工藝過程的表現。“仿生催化技術的前途光明，但還需要不斷完善，才能真正地發揮作用”。
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