“生产1吨环氧丙烷，300公斤原料白白浪费？”这是困扰化工行业多年的现实难题。作为制造聚氨酯泡沫、环保涂料的“基础积木”，环氧丙烷（PO）的全球年需求量已突破千万吨，但传统生产中，催化剂总爱“带偏”反应——要么让丙烯“走错路”生成无用副产物，要么让目标产物PO继续“水解变质”，导致原料利用率低、生产成本高。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，给Ti-MWW沸石催化剂点上“氟化钾（KF）”这一“神来之笔”：通过简单的后处理，让氟离子精准“修饰”催化剂表面，不仅将PO选择性提升至新高度，还让副反应减少40%，催化剂重复使用10次仍“干劲十足”，为绿色化工生产装上“节能引擎”。

化工生产的“卡脖子”难题：Ti-MWW沸石“好心办坏事”，副反应吃掉15%原料

在化工反应中，催化剂是“分子指挥官”，负责引导反应物“走对路”。Ti-MWW沸石因独特的“孔道筛子”结构和钛活性位点，被视为丙烯环氧化的“潜力股”——它能像“智能门禁”一样筛选丙烯分子，让其在钛位点上发生环氧化反应生成PO。但这位“潜力股”却有个“致命缺点”：表面存在多余的酸性位点，就像“不守纪律的士兵”，总把生成的PO“拉着”继续反应，发生水解副反应生成丙二醇，白白消耗原料；同时，长期反应后，副产物会“粘”在活性位点上，让催化剂“累瘫”，重复使用几次就“罢工”。

“就像请了位会做蛋糕的师傅，却总在烤好后把一半蛋糕掰碎做了饼干，还没烤几炉就累得没法开工。”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选择性通常低于85%，意味着每生产1吨PO，就有150公斤以上原料变成副产物；而催化剂循环使用5次后，活性就下降到初始值的60%以下，频繁更换让企业“既费料又费钱”。

氟化钾“精准修饰”：给催化剂装“导航系统”，让反应“不跑偏”

为了让Ti-MWW“专心干活”，团队想到了“氟化钾后处理”这一“巧办法”——用KF溶液浸泡合成好的Ti-MWW沸石，让氟离子（F⁻）像“微型工程师”一样，对催化剂表面进行“精准修饰”。

“这可不是简单的‘水洗’，而是‘靶向治疗’。”团队成员解释，KF中的氟离子能“瞄准”Ti-MWW表面多余的酸性位点，通过化学键合“堵住”这些“捣乱位点”，就像给催化剂装了“导航系统”，让PO生成后“及时离场”，不再被酸性位点“拉着”发生水解副反应；同时，氟离子还能微调沸石的孔道结构，让丙烯分子更容易“找到”钛活性位点，就像“拓宽反应通道”，提高反应效率（Fig. 1）。这种后处理方法操作简便：只需将Ti-MWW沸石与KF溶液在60℃下搅拌4小时，干燥焙烧后即可使用，无需复杂设备，适合工业大规模推广。

性能“体检”：选择性、稳定性双提升，副反应减少四成

团队给改性后的催化剂（Bf-Ti-MWW-KF）做了全面“体检”：X射线衍射（XRD）结果显示，其晶体结构与未改性的Ti-MWW（Bf-Ti-MWW）完全一致，说明KF处理没有破坏沸石骨架，只是“修细节”而非“拆房子”（Fig. 1a）；氮气吸附-脱附实验则发现，改性后催化剂的比表面积和孔容略有增加，孔道分布更集中，就像“整理了杂乱的仓库”，让反应物和产物扩散更顺畅（Table 2）。

最关键的“实战测试”中，Bf-Ti-MWW-KF表现惊艳：丙烯环氧化反应中，PO选择性显著提升（Table 1），副产物丙二醇的生成量比未改性催化剂减少约40%，意味着每生产1吨PO可减少近120公斤原料浪费；丙烯转化率也同步提高，单位时间内产出更多PO。稳定性测试更让人惊喜：催化剂重复使用10次后，活性仍保持初始值的85%以上，而未改性催化剂使用5次后活性就“腰斩”，相当于“从临时工变成了长期工”，大大降低了更换成本。

绿色化工的“技术钥匙”：低成本改性，推动PO生产“提质降耗”

团队指出，氟化钾后处理技术的“妙处”在于“精准、低成本、易推广”——相比贵金属掺杂、复杂涂层等改性方法，KF价格低廉，处理过程简单，企业无需改造现有生产线就能应用。丙烯环氧化作为化工基础反应，其效率提升将直接推动PO生产成本下降，进而让下游的聚氨酯泡沫、环保涂料等产品“降价提质”，惠及民生。

“未来，我们计划进一步优化氟离子修饰的程度，让催化剂在更高温度、压力下仍保持高效，甚至拓展到其他环氧化反应中。”团队表示，这项研究为沸石催化剂的“精准改性”提供了新思路，有望成为我国绿色化工技术突破的“一把钥匙”。

来源: 化学工程前沿FCSE