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二氧化碳合成丁二烯橡膠技術(shù)重大突破
【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】近日，日本國(guó)立富山大學(xué)(University of Toyama)與東洋輪胎(TOYO TIRES)株式會(huì)社在東京聯(lián)合召開新聞發(fā)布會(huì)宣布，成功開發(fā)以二氧化碳為原料合成丁二烯橡膠新技術(shù)。
基于該技術(shù)生產(chǎn)的丁二烯橡膠正在東洋輪胎株式會(huì)社用于賽車輪胎的實(shí)用化生產(chǎn)，所生產(chǎn)輪胎將裝配賽車參加巴黎-達(dá)喀爾沙漠越野拉力賽和德國(guó)紐堡林24小時(shí)耐力挑戰(zhàn)賽以反饋重要信息到量產(chǎn)技術(shù)中，該可持續(xù)循環(huán)技術(shù)有望于2029年底之前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
發(fā)布會(huì)上，富山大學(xué)低碳物質(zhì)變換中心主任椿范立(Noritatsu Tsubaki)院士和東洋輪胎執(zhí)行董事島一郎(Ichiro Shima)先生對(duì)新技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明(圖1)。
合成橡膠，又稱為合成彈性體，是由人工合成的高彈性聚合物，是三大合成材料(合成塑料、合成纖維、合成橡膠)之一。
在合成橡膠中，丁二烯橡膠和丁苯橡膠的產(chǎn)量和消耗量位居前二位，其中丁二烯是通過聚合反應(yīng)生產(chǎn)兩大合成橡膠的關(guān)鍵原料。
然而丁二烯生產(chǎn)嚴(yán)重依賴于石油原料裂解和分離(圖2)，存在對(duì)化石原料過度依賴和溫室氣體CO2高排放的弊端，亟需開發(fā)非化石原料基丁二烯生產(chǎn)新路線以擺脫當(dāng)前能源危機(jī)和溫室效應(yīng)的雙重束縛。
此外，作為合成橡膠的主要應(yīng)用出口，輪胎中約含有40%的合成橡膠，且以丁二烯橡膠和丁苯橡膠為主。
無(wú)論新能源汽車如何更替換代，汽車輪胎將始終是其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在碳減排和碳中和壓力下，輪胎企業(yè)對(duì)非化石原料基丁二烯和相關(guān)橡膠合成新技術(shù)的開發(fā)需求與日俱增。
在上述背景下，富山大學(xué)低碳物質(zhì)變換中心主任椿范立院士團(tuán)隊(duì)與日本東洋輪胎株式會(huì)社攜手成功開發(fā)了CO2原料制丁二烯和丁二烯橡膠新技術(shù)，該技術(shù)有望為CO2資源化利用提供新途徑。
該技術(shù)研發(fā)始于2016年，富山大學(xué)椿范立教授研究室基于前期研究成果，采用獨(dú)創(chuàng)的Fe-Cu復(fù)合多功能催化劑將CO2轉(zhuǎn)化為乙醇，通過對(duì)催化組分表界面性質(zhì)和空間組合方式調(diào)控，獲得優(yōu)異的乙醇選擇性和單程CO2轉(zhuǎn)化率，為后續(xù)乙醇制丁二烯和聚合反應(yīng)奠定了基礎(chǔ)(ACS Catal. 2021, 11, 11742-11753)。
隨后設(shè)計(jì)了具有強(qiáng)耐水酸位點(diǎn)的Y-ZnZrSi基催化劑實(shí)現(xiàn)80 %乙醇水溶液直接轉(zhuǎn)化制丁二烯，表現(xiàn)出優(yōu)異的乙醇轉(zhuǎn)化率和丁二烯選擇性(Appl. Catal. B: Environ. 2022, 301, 120822; ACS Sustainable Chem. Eng. 2021, 9, 10569-10578; Appl. Surf. Sci. 2022, 602, 154299; Catal. Sci. Technol. 2022, 12, 2210)，丁二烯產(chǎn)率顯著優(yōu)于已報(bào)道催化體系。
基于上述成果，東洋輪胎株式會(huì)社采用自主研發(fā)的聚合催化劑和催化體系將丁二烯聚合為丁二烯橡膠，從而打通了由CO2到丁二烯橡膠的全流程(圖3)。
該技術(shù)路線已申請(qǐng)或授權(quán)至少5項(xiàng)國(guó)際專利。
該技術(shù)成果的迅速形成得益于日本富山大學(xué)低碳物質(zhì)變換中心的成熟運(yùn)行機(jī)制(圖4)，中心于2021年4月在該校設(shè)立。
中心創(chuàng)始主任椿范立教授介紹，中心旨在開展學(xué)術(shù)基礎(chǔ)研究以開發(fā)下一代低環(huán)境負(fù)荷材料制造技術(shù)，助推社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，并重點(diǎn)布局應(yīng)用研究以快速實(shí)現(xiàn)研究成果的實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用。
來(lái)源：石化聯(lián)合會(huì)化工新材料專委會(huì)
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