你知道退烧药、护肤品里的关键原料“苯二酚”是怎么生产的吗？这个过程离不开苯酚羟基化反应，但传统生产工艺长期面临催化剂效率低、能耗高等“卡脖子”问题。近日，我国科研团队在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》发表研究，通过一种“多孔泡沫载体+超薄涂层”的新型催化剂设计，将苯酚转化率提升103%，为化工连续生产开辟了新路径

传统催化剂“卡脖子”难题待解
在化工生产中，苯酚羟基化反应就像“给苯分子装羟基‘零件’”，生成的邻苯二酚、对苯二酚是医药、化妆品的重要原料。传统工艺使用钛硅分子筛（TS-1）粉末催化剂，像“面粉”一样分散在反应液中，反应后还得“筛面粉”——分离回收催化剂，既费时又损耗原料。后来升级的挤出型催化剂（TS-1-Extruded）虽能固定使用，但像“粗陶管”一样致密，反应物扩散进去得“挤独木桥”，导致25%的活性位点“闲置”，苯酚转化率仅12.29%。更麻烦的是，这种催化剂传热差，反应时局部温度飙升，就像“闷在被子里煮水”，容易引发副反应。

SiC泡沫“变身”催化剂载体，薄涂层让反应“提速”
科研团队另辟蹊径，用碳化硅（SiC）泡沫做“底盘”，通过浸涂法给它裹上一层TS-1分子筛“外衣”，制成了结构化催化剂（TS-1-Structured）。这种SiC泡沫可不是普通材料——它有三维连通的“海绵孔道”（孔径约1毫米），就像“微型高速公路网”，让反应物能“飙车”直达活性位点；表面涂层薄至微米级，比头发丝还细，活性位点“开门迎客”不排队。对比数据显示，新型催化剂的介孔体积达0.2625 cm³/g，外比表面积98.14 m²/g，分别比挤出型催化剂高出6.2%和25.4%，相当于“停车场”扩容了四分之一。

转化率提升103%，传热效率成关键优势
在固定床反应器测试中，新型催化剂的表现堪称“逆袭”：苯酚转化率最高达25%，较传统挤出型提升103%，对苯二酚选择性稳定在50%以上。更绝的是它的“控温能力”——SiC泡沫导热性强，反应热像“装了空调”一样快速扩散，床层温度波动小于1℃，而挤出型催化剂床层中部温度比入口高得多，像“局部发烧”。为什么这么高效？动力学研究发现，新型催化剂的有效内扩散因子是挤出型的7.71倍，意味着活性位点利用率提升近8倍；反应活化能仅20.54 kJ/mol，相当于“启动反应的门槛”降低了，苯酚和双氧水浓度变化时，反应速率始终“跟得上节奏”。

动力学研究揭示“快反应”秘诀
进一步研究发现，两种催化剂都遵循“Eley-Rideal机制”——就像H₂O₂先“抢占”催化剂活性位点，苯酚再“搭便车”反应，但新型催化剂的“反应规则”更高效。实验数据显示，它的苯酚反应级数1.12、双氧水反应级数1.09，接近一级反应特征，说明反应物浓度稍有增加，反应速率就“立马加速”。而挤出型催化剂因传质阻力大，H₂O₂容易“跑偏”分解，反而拖慢反应。

化工连续生产迎来新可能
这项研究不仅解决了传统催化剂的“老大难”问题，更让化工生产向“高效低耗”迈进了一大步。SiC泡沫载体的机械稳定性强，涂层经多次超声处理损失率低于1.85%，满足工业长期运行需求。未来，这种结构化催化剂有望推广到苯乙烯环氧化、丙烯环氧化等反应中，帮助化工企业降低能耗、提高产能。或许不久的将来，我们用的退烧药、护肤品，背后都有这种“多孔泡沫催化剂”的功劳呢！

来源: 化学工程前沿FCSE