近日，2020级硕士研究生张扬同学在石化行业固体废弃物的资源化利用领域取得了新进展，相关研究成果以“Utilization of waste vanadium-bearing resources in the preparation of rare-earth vanadate catalysts for semi-hydrogenation of α,β-unsaturated aldehydes”为题在线发表在Frontiers of Chemical Science and Engineering期刊。

  据悉，Frontiers of Chemical Science and Engineering是2007年创刊出版的全英文化学科学与工程领域国际综合性学术刊物。由教育部主管、高等教育出版社主办和出版、德国Springer等公司海外发行，旨在集中高校科研优势，凝聚国内科研力量，建设一个中国自有品牌的国际学术交流平台。

  随着世界人口的指数级增长和全球经济的快速发展，如何处理大量的固体废物已成为一个具有挑战性的全球性问题，传统方式对固体废弃物进行直接填埋与燃烧对人类健康和自然环境会造成严重影响。因此，对废物进行回收再利用是一种经济上可行并可持续的解决方案，这不仅减少了环境污染，而且还创造了商业效益。近年来，炼油工业已成为全球化工市场的重要组成部分。炭黑废料（一种石油焦）是由处理重残油的部分氧化过程产生的，富含金属钒，是石化工业中最典型的固体废物之一。

从炼油厂固体废物中提取的钒是制备钒酸盐纳米材料的替代资源，这将是处理炼油厂固体废物的合适技术。在此，本研究提出了一种新的石化衍生炭黑废料的利用策略。首先利用化学浸渍工艺处理石油固废，实验表明经过处理之后的固废对细胞的毒性大大降低，由于碱浸渍工艺对于金属钒具有独特的高选择性与高回收率，以此作为钒酸盐制备的前处理工艺，接着得到含钒的溶液中引入外来金属离子进行水热反应，使其与钒离子结合得到钒酸盐材料。本研究在浸出溶液中引入了两种稀土离子（Ce³⁺与Y³⁺），能够得到大小和形态均匀的花状CeVO₄和球形YVO₄纳米材料。并且实验表明大部分金属离子（如Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺等）并不能与金属钒结合产生相应的钒酸盐材料，而是钒酸钠材料。此外，稀土钒酸盐的制备工艺具有较高的重现性，适合于大规模合成。

此外，本研究也提供了一种新催化剂用于不饱和醛选择性加氢。α,β-不饱和醛半氢化成不饱和醇是生产药物中间体和精细化学品的重要工业过程，然而，C=O键的氢化在热力学和动力学上都难于C=C键的氢化，导致对不饱和醇的选择性较低。本研究将得到的稀土钒酸盐应用于不饱和醇的工业生产中，解决不饱和醇的选择性较低的问题。并与化学合成法制备的CeVO₄催化剂相比较，其对肉桂醇的转化率和选择性远低于废物衍生的CeVO₄催化剂（27.7% vs. 67.2%和53.5% vs. 88.4%）。结果表明废物质衍生制备的CeVO₄催化性能较好，具有独特的优势。

  综上所述，本研究开发了一种绿色经济的碱浸渍工艺回收炼油厂固废中的钒，成功制备出稀土钒酸盐材料应用于不饱和醛的选择性加氢中。该研究工作得到了国家自然科学基金（Nos. U21A20324&21908073）、福建省自然科学基金（Nos. 2019J01074&2021J06026）等科研项目的资助。

 

全文链接：https://doi.org/10.1007/s11705-022-2191-x