一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 中国是聚氯乙烯产量最大的国家，占世界总产能25%左右，2016年我国PVC产能约2250万吨。生产中大多采用汞催化剂，但由于汞毒性大及国内资源枯竭等问题使该产业的持续发展受到了严重挑战。在此背景下，南开大学与新疆中泰集团合作开发的具有自主知识产权的新型绿色无汞催化剂技术实现对含汞有毒催化剂的彻底替代。经过多年的实验室研究及三年时间的中试侧线评价试验验证，该技术已经成熟，具备了大规模工业化推广的基础。与现用的汞催化剂相比具有无毒、环保、工艺先进等优点、与国、内外其它新型无汞催化剂相比具有活性高、稳定性好、成本低等优势。

项目简介： 中国是聚氯乙烯产量最大的国家，占世界总产能 25%左右， 2016 年我国 PVC 产能约 2250 万吨。生产中大多采用汞催化剂，但 由于汞毒性大及国内资源枯竭等问题使该产业的持续发展受到了严 重挑战。依靠科技的发展，创造出高效环保的无汞催化剂取代传统的 氯化汞催化剂，以及创造出单位产品产污系数最低且能源消耗最少的 现金工艺是聚氯乙烯发展的必然之路。 在此背景下，南开大学与新疆中泰集团合作开发的具有自主知识 产权的新型绿色无汞催化剂技术实现对含汞有毒催化剂的彻底替代。 经过多年的实验室研究及三年时间的中试侧线评价试验验证，该技术 已经成熟，具备了大规模工业化推广的基础。与现用的汞催化剂相比具有无毒、环保、工艺先进等优点、与国、内外其它新型无汞催化剂 相比具有活性高、稳定性好、成本低等优势。 项目特色： 本项目开发的绿色无汞催化剂在使用过程中反应转化率、选择性 均达到 99%以上，单程使用寿命超过 8000 小时，并具备可再生潜力。 在新疆中泰化学的 PVC 中试侧线评价装置中完成了三年三期中试评 价试验，使用效果良好。 市场应用前景： 未来几年间，中国 PVC 产能将保持快速增长，电石法生产 PVC 催化剂需求量也将增加，实行 50%无汞催化剂替换，约有 43-68 亿市 场空间。 

目前，乙炔法生产PVC的催化剂，几乎全部采用氯化汞催化剂。大量使用汞触媒带来的结果，不仅是汞资源的迅速枯竭，更重要的是恶劣的环境污染，汞污染造成的连锁反应，对人类生活产生了极大的负面影响。 为确保我国乙炔法PVC和氯碱产业的安全发展，有序推进汞减排，有关部门的对策是：2012 年，实现电石法PVC行业低汞触媒普及率达到50%，并全部合理回收废汞触媒；到2015 年，全行业全部使用低汞触媒，废汞触媒回收率达到100%。 南开大学与国内重要PVC生产企业合作，工业放大制备的

项目成果/简介:南开大学李伟课题组与宜宾天原集团股份有限公司、湖南新晃新中化工有限责任公司合作所开发的具有自主知识产权的新型低汞触媒各项性能指标完全符合低汞触媒行业标准 HG/T4192-2011 要求，工业运行情况稳定，在转化率、选择性及使用寿命上具有优势，且其制备方法创新，制备工艺简单，绿色环保，已通过中国石化联合会组织的技术鉴定，具备向行业内进一步扩大推广优势，在国内处于领先水平。应用范围:本项目开发的低汞催化剂反应转化率，选择性均达到 99%以上，使用寿命超过 8000 小时，活性组分氯化汞质量百分含量 6%以下，在万吨级 PVC 工业装备上已装填催化剂 100 余吨，生产出合格产品 10万余吨，创造产值近 7 亿元。该技术催化剂量产投资规模为 5000 万。 基于本技术的产品表观密度可达 40-100Kg/m3，具有质轻、价廉，优良的保温隔热和隔音性能；优良的阻燃性能（可达 A 级或 B1 级）。本项目社会贡献和经济效益在于优质的保温材料是降低能耗改善大气环境的重要环节，可以为减少城市雾霾作贡献，需求量巨大，经济效益可观。效益分析:选择硅烷偶联剂作为表面活性剂以及特殊金属氯化物对煤质炭进行预处理，使活性炭表面羟基官能团转化为其他与特定金属离子有强结合力的官能团，大幅提升活性组分负载牢固度，提高触媒抗积碳能力，同时也有效提高了活性组分的分散性，并有效做到降低汞用量，降低助剂金属用量，增强汞负载稳定性，提高低汞触媒活性及选择性，延长低汞触媒使用寿命。该制备方法简便易行，适合工业化大生产的需求。

南开大学李伟课题组与宜宾天原集团股份有限公司、湖南新晃新中化工有限责任公司合作所开发的具有自主知识产权的新型低汞触媒各项性能指标完全符合低汞触媒行业标准 HG/T4192-2011 要求，工业运行情况稳定，在转化率、选择性及使用寿命上具有优势，且其制备方法创新，制备工艺简单，绿色环保，已通过中国石化联合会组织的技术鉴定，具备向行业内进一步扩大推广优势，在国内处于领先水平。

南开大学李伟课题组与宜宾天原集团股份有限公司、湖南新晃新 中化工有限责任公司合作所开发的具有自主知识产权的新型低汞触 媒各项性能指标完全符合低汞触媒行业标准 HG/T4192-2011 要求，工 业运行情况稳定，在转化率、选择性及使用寿命上具有优势，且其制 备方法创新，制备工艺简单，绿色环保，已通过中国石化联合会组织 的技术鉴定，具备向行业内进一步扩大推广优势，在国内处于领先水 平。 项目特色： 选择硅烷偶联剂作为表面活性剂以及特殊金属氯化物对煤质炭 进行预处理，使活性炭表面羟基官能团转化为其他与特定金属离子有 强结合力的官能团，大幅提升活性组分负载牢固度，提高触媒抗积碳 能力，同时也有效提高了活性组分的分散性，并有效做到降低汞用量， 降低助剂金属用量，增强汞负载稳定性，提高低汞触媒活性及选择性， 延长低汞触媒使用寿命。该制备方法简便易行，适合工业化大生产的 需求。 市场应用前景： 本项目开发的低汞催化剂反应转化率，选择性均达到 99%以上， 使用寿命超过 8000 小时，活性组分氯化汞质量百分含量 6%以下，在 万吨级 PVC 工业装备上已装填催化剂 100 余吨，生产出合格产品 10 万余吨，创造产值近 7 亿元。该技术催化剂量产投资规模为 5000 万。 基于本技术的产品表观密度可达 40-100Kg/m3，具有质轻、价廉， 优良的保温隔热和隔音性能；优良的阻燃性能（可达 A 级或 B1 级）。 本项目社会贡献和经济效益在于优质的保温材料是降低能耗改善大 气环境的重要环节，可以为减少城市雾霾作贡献，需求量巨大，经济 效益可观。

本发明公开了一种用于硝汞协同控制的催化剂及其制备方法，所述催化剂由以下质量百分比计的组分制成：载体：TiO272-98.6％，活性组分：V2O50.1-5％、WO31-10％、Cr2O30.1-5％和Nb2O50.1-5％，助催化剂0.1-3％。本发明可用于烟气中氮氧化物的还原同时将零价汞氧化成二价汞然后加以控制，具有较高脱硝性能的同时具备高的汞氧化性能，相比于目前商用SCR催化剂，很大程度上提高了催化剂的汞氧化率，可以适应我国燃煤电厂中脱汞的要求，且SO2/SO3转化率较低，并且有较好的抗中毒能力，是一种低成本、高性能的新型催化剂。

研究团队发展并突破了Carothers建立的聚酯合成理论，提出了一种无催化剂缩聚的新机理，采用了一类能够形成五元环或者六元环酸酐的二元羧酸作为单体。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、技术分析 聚酯是仅次于聚烯烃的第二大类人工合成高分子材料，被广泛应用于纤维、瓶材、薄膜等领域，与人们的生产生活密切相关。大多数商品化聚酯都是采用二元羧酸和二元醇在金属化合物的催化下通过熔融缩聚合成的。锑系催化剂是目前综合性能最好，应用最为广泛的催化剂，残留在聚酯中的金属锑对人类健康和环境有潜在危害，亟待开发新型绿色聚酯合成新方法，消除聚酯中残留催化剂的危害。 聚酯的工业生产一般分为两步反应：（1）二元羧酸和二元醇通过酯化反应合成低分子量羟基封端齐聚物；（2）酯交换反应脱除二元醇获得高分子量聚酯。其中第一步酯化反应不需要外加催化剂，通过二元羧酸单体自身的羧基自催化即可进行，而所谓的聚酯催化剂实质上是第二步反应的酯交换催化剂。只通过第一步酯化反应就有效提升聚酯分子量，避免第二步酯交换反应的进行，是无催化剂熔融缩聚合成高分子量聚酯唯一有效途径。早在高分子学科创立之初的上世纪20年代末，Carothers就研究了二元羧酸与二元醇可在羧酸单体自催化下熔融酯化缩聚，以期得到聚酯材料，然而产物分子量仅有2-5 kDa，性能太差而无法应用。酯化反应的低平衡常数和高熔体黏度下排除副产物水的困难，被普遍认为是导致自催化方法无法获得高分子量聚酯的原因。1941年，英国化学家Whinfield和Dickson受Carothers研究的启发创造性地提出了酯交换策略，通过酯交换反应脱除过量的二元醇合成了分子量高、力学性能优异的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），并由英国ICI公司在1946年实现工业化生产。目前几乎所有的商品化聚酯都是通过酯交换路线合成的，但是为了克服酯交换反应的能垒，催化剂的使用不可避免。Flory在1953年出版的《Princeples in Polymer Chemistry》上对此做了总结，认为自催化酯化缩聚合成高分子量聚酯是不可能实现的。 研究团队通过对自催化酯化缩聚机理的深入研究，得出自催化方法无法获得高分子量聚酯的原因仅仅在于反应过程中的官能团比例失衡，而非酯化反应的低平衡常数及副产物难以排出。研究团队发展并突破了Carothers建立的聚酯合成理论，提出了一种无催化剂缩聚的新机理，采用了一类能够形成五元环或者六元环酸酐的二元羧酸作为单体。过量的此类二元酸与伯二元醇酯化形成羧基封端的预聚物后，通过三步串联的基元反应：质子转移、酸酐形成和再次酯化反应，使得体系中的醇酸官能团比例不断趋近于等摩尔比，从而在不需要外加催化剂的条件下获得了高分子量的聚酯。该方法中聚酯产物分子量增长呈现出独特的“加速”模式，从而在与传统工艺相近的时间内，通过熔融缩聚获得了一系列的高分子量无催化剂聚酯，包括聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸乙二醇酯（PES）、聚（丁二酸丁二醇酯-共-己二酸丁二醇酯）（PBSA）和聚（丁二酸乙二醇酯-共-对苯二甲酸乙二醇酯）（PEST）等。研究团队通过进一步深入研究聚合机理，优化聚合工艺，解决了无催化剂熔融缩聚合成聚酯的单体普适性问题，实现了PET、聚呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）等芳香族聚酯的无催化剂合成。 本成果解决了聚酯工业的百年难题，属于国际首创，并拥有完全的知识产权，具有巨大的应用潜力。

元素是构成生物的最主要元素之一。尽管大气中氮气的含量高达78[%]，但是氮气的活化十分困难。目前工业上广泛采用Haber�Bosch法将氮气还原成氨气，然而这一过程需要在高温高压下进行，因此能耗高。据统计，每年用于合成氨的能耗超过全球年能耗的1[%]。光/电催化固氮是合成氨的一种新途径，能够在常温常压下实现氮气的还原，因此引起了广泛关注。核心问题就是寻找和设计高效、稳定、低廉的催化剂。目前，高效的固氮催化剂主要是基于过渡金属（TM）化合物，而关于非金属催化剂的报道很少。这是由于过渡金属中空的d轨道和占据d电子的共存，既能够容纳氮气分子中N原子的孤电子对，又能够提供电子到氮气分子的反键轨道，从而活化N≡N三键、增强N‒TM键。通过分析硼原子的核外电子结构，王金兰教授团队发现sp3杂化的硼原子与过渡金属类似，也同时具有空轨道和占据轨道，因此有望用于氮气的活化与还原。通过结构、性能等多方面的分析，他们最终选择g-C3N4作为衬底来负载sp3­杂化的硼原子，设计了首个不含金属的单原子催化剂，B/g-C3N4。理论计算表明，B/g-C3N4可以在极低的起始电位(0.20 V)下，通过酶促机理有效地将氮气还原为氨气。此外，硼的修饰可以显著增强g-C3N4的可见光吸收，因此有望实现太阳能驱动的固氮反应。此外，该催化剂也具有很大的合成前景以及极高的稳定性。

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