“塑料、涂料的‘源头材料’环氧丙烷，生产时总因催化剂‘手滑’浪费原料？”这是化工行业的老难题。丙烯环氧化反应是工业上生产环氧丙烷（PO）的核心步骤，而PO是制造聚氨酯、涂料等高分子材料的“基石”，全球年需求量超千万吨。但传统催化剂在反应中常“认错”方向——要么把丙烯氧化成无用的副产物，要么让生成的PO继续水解，导致原料浪费、成本增加。近日，华东师范大学化学与分子工程学院团队在《Front. Chem. Sci. Eng.》发表研究，提出给Ti-MWW沸石催化剂“穿氟衣”的解决方案：用氟化钾（KF）进行后处理，就像给催化剂“定制防滑手套”，不仅提升了PO选择性，还减少了副反应，催化剂稳定性也显著增强，为绿色化工生产“降本增效”提供了新思路。

化工生产的“催化剂烦恼”：Ti-MWW沸石总“开小差”，副反应浪费30%原料

在化工生产中，催化剂就像“分子向导”，引导反应朝着目标方向进行。Ti-MWW沸石因独特的孔道结构和钛活性位点，成为丙烯环氧化的“潜力选手”——它能像“分子筛子”一样筛选丙烯分子，让其在活性位点上发生环氧化反应生成PO。但这位“潜力选手”总爱“开小差”：一方面，沸石表面的酸性位点容易“拉着”PO继续反应，发生水解副反应，生成丙二醇等无用产物；另一方面，长期反应后，活性位点可能被副产物覆盖，导致催化剂“疲劳失活”，重复使用几次就“罢工”。

“就像请了位新手厨师，虽然能做出主菜，但总把一半食材炒糊，还没炒几道菜就累得干不动了。”团队负责人打比方。工业数据显示，未改性的Ti-MWW催化丙烯环氧化时，PO选择性通常不到85%，副产物占比超15%，相当于每生产1吨PO要浪费近300公斤原料；而催化剂的使用寿命（半衰期）不足10次循环，频繁更换增加了生产成本。

给催化剂“洗个氟澡”：氟化钾后处理，精准“修补”活性位点

为了让Ti-MWW“专心工作”，团队想到了“氟化钾（KF）后处理”——用KF溶液对合成好的Ti-MWW沸石进行浸泡处理，就像给催化剂“洗个氟澡”，让氟离子（F⁻）与沸石表面的位点发生作用，精准“修补”缺陷。

“这‘氟澡’可不是随便洗的。”团队成员解释，KF中的氟离子能选择性地与Ti-MWW表面的多余酸性位点结合，就像“堵住漏水的水龙头”，减少PO水解的副反应；同时，氟离子还能调整沸石的孔道结构，让丙烯分子更容易接触到钛活性位点，就像“拓宽厨房通道”，让厨师拿取食材更顺畅（Fig. 1）。这种后处理方法操作简单，只需将Ti-MWW沸石与KF溶液在一定温度下搅拌反应，再干燥焙烧即可，适合工业放大生产。

“穿氟衣”的催化剂表现如何？PO选择性提升，重复用10次仍高效

团队通过一系列实验验证了“氟衣”的效果。首先是催化剂“体检”：X射线衍射（XRD）显示，改性后的Ti-MWW（Bf-Ti-MWW-KF）保持了原有的晶体结构，说明KF处理没有破坏沸石骨架（Fig. 1a）；氮气吸附-脱附实验则表明，其比表面积和孔容略有增加，孔道分布更集中，有利于反应物和产物扩散（Table 2）。

更关键的是催化性能测试。在丙烯环氧化反应中，Bf-Ti-MWW-KF表现亮眼：与未改性的Ti-MWW相比，PO选择性显著提升（Table 1），副产物丙二醇的生成量减少了约40%，说明氟离子成功“堵住”了导致水解的酸性位点；丙烯转化率也有所提高，意味着单位时间内生成的PO更多。稳定性测试中，Bf-Ti-MWW-KF重复使用10次后，活性仍保持初始值的85%以上，而未改性的Ti-MWW使用5次后活性就下降到60%以下，“相当于给催化剂‘穿上耐磨服’，干起活来更持久了。”

绿色化工新方向：低成本改性，助力PO生产“提质降耗”

团队指出，这种KF后处理方法不仅提升了催化性能，还具有“低成本、易操作”的优势——KF价格低廉，后处理过程无需复杂设备，相比其他改性方法（如贵金属掺杂）更适合工业推广。丙烯环氧化作为化工基础反应，其效率提升将直接降低PO的生产成本，进而推动塑料、涂料等下游产业的绿色化发展。

“未来，我们还计划优化后处理条件，进一步提升催化剂的稳定性和活性，让‘氟衣’催化剂在更多化工反应中发挥作用。”团队表示，该研究为沸石催化剂的改性提供了新思路，有望推动我国在绿色催化领域的技术进步。

来源: 化学工程前沿FCSE