奈米金屬在觸媒反應之應用
Download
1 / 84

: - PowerPoint PPT Presentation


  • 46 Views
  • Uploaded on

奈米金屬在觸媒反應之應用. 報告單位: 國立中央大學 奈米觸媒研究中心. 簡報內容. 先進各國奈米觸媒發展現況 臺灣奈米觸媒研發現況與產業發展利基 中央大學與國內外學 、 產 、 研合作關係 中央大學奈米觸媒研究中心願景 奈米觸媒學專計畫之定位與特色 奈米觸媒學專計畫目標 實施策略與方法 人力經費需求 預期成果與產業效益. 奈米觸媒之特性. 表面積大 表面原子多 非結晶 長程無序,短程有序 不同金屬互溶性高 活性高,可降低反應溫度 選擇性高(反應物選擇及產物選擇 ). 奈米觸媒 科技的前瞻與創新性.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ': ' - donnan


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

奈米金屬在觸媒反應之應用

報告單位:

國立中央大學

奈米觸媒研究中心


簡報內容

  • 先進各國奈米觸媒發展現況

  • 臺灣奈米觸媒研發現況與產業發展利基

  • 中央大學與國內外學、產、研合作關係

  • 中央大學奈米觸媒研究中心願景

  • 奈米觸媒學專計畫之定位與特色

  • 奈米觸媒學專計畫目標

  • 實施策略與方法

  • 人力經費需求

  • 預期成果與產業效益


奈米觸媒之特性

  • 表面積大

  • 表面原子多

  • 非結晶

  • 長程無序,短程有序

  • 不同金屬互溶性高

  • 活性高,可降低反應溫度

  • 選擇性高(反應物選擇及產物選擇)


奈米觸媒科技的前瞻與創新性

  • 奈米觸媒是奈米材料中最重要且最易商業化的材料。

  • 奈米觸媒橫跨多項研究領域,須整合專業研究,才能創新突破成果。

  • 奈米觸媒可輕易取代現有觸媒,尤其是在某些較小的特化製程。


Chemical Eng.

Materials Eng.

Reaction kinetics, Reaction mechanism, Reactor design, process design

Physics

Metal properties, characterization, metal crystalline phase

Characterization,

Surface science,

Characterization,

Surface science,

gas adsoprtion

Chemistry

奈米觸媒跨領域及整合性研究主題


為何研究 “金觸媒” ?

  • 金為新的觸媒。

  • 當顆粒直徑大於10 nm,

    它無活性,這是極為特殊的性質。

  • 金比鉑便宜。


奈米金觸媒-簡介

  • 奈米級金觸媒一般均係承載於載體上,合成出粒徑小於4奈米的金觸媒,利用金的前軀體和載體的前軀體共同分解沈澱以增加金和載體交互作用,使金觸媒不易聚集,保持高度分散。

  • 金,由於其化學惰性,不為大氣與大部分反應物影響。所以一直無法像其他貴重金屬,成為重要的觸媒。1970年代,Bond等人成功地將金高度分散於載體上,然其使用濕式含浸法合成。此方法無法負載濃度高於1wt %的金載體觸媒,而且有金屬粒徑分佈太廣與氯離子無法去除等問題。日本Haruta教授在15年前,對金觸媒做了廣泛地研究。Haruta之後多採沉澱沉積法。


金觸媒的催化活性

  • 金觸媒的催化效果主要由下列因素決定:

    顆粒直徑、載體(金屬-載體的交互作用)

  • 當金的直徑小到2~4奈米時,其活性最高,主要是因其表面積變大,擔體作用更強及金屬擔體接觸面變大的原因。


表面積vs. 顆粒直徑

Dependence of surface area(○) , dispersion ( □) ,

And √n ( n=number of atoms per particle ) (△) on particle diameter for uniform spheres of gold.


Corner edge atoms vs size
Corner & Edge Atoms vs. Size

Precentage of surface atoms on perfect octahedral in corner ( ○ ) , edge ( △ ) ,

and face ( □ ) positions, as a function of the number of atoms along cach side. Also shown are the corresponding dispersions ( ● ) and sizes (---)


世界奈米金發展現況-1

  • 日本 Haruta 教授在15年前,對金觸媒做了廣泛地研究

  • 2001年4月在南非 Cape Town 的研討會 ”Catalytic Gold 2001”,

  • 網站 www.gold.org/sci indu 報導金觸媒的研究動態。

  • 日本主要為 Haruta 教授在 Osaka National Research Institute(ONRI)的研究群,目前他是 Director of the Research Institute for Green Technology, National Institute for Advanced Industrial Science and Technology in Tsukuba,他們是全球第一個廣泛研究金觸媒的團隊,Haruta 教授於2002年獲得 International Precious Metals Institute(IPMI)的 Henry J. Albert Award。


世界奈米金發展現況-2

  • 歐盟於今年開始成立金觸媒的聯盟,稱為 ”AURICAT”。由歐盟出資150萬歐元,包含歐洲8個大學的研究室,每年培育19位博士後研究員,共4年的研究計畫。

  • G.J. Hutchings, U. Wales, UK(Chairman)

  • A.O. Taylor, U. Salford,UK(Cochairman)

  • G.C. Bond (visiting scholar at Salford)

  • D.T. Thompson (consultant to WGC)


世界奈米金觸媒的發展現況-3

目前在美國:

  • 西北大學(M. Kung, H. Kung, D.L. Johnson, L. Marks)與 BP Amoco(J. Miller): 探討金觸媒的 active site,金觸媒的製備方法,對 CO 氧化反應的影響,及氯的毒化。

  • 西北大學(M. Kung, H. Kung),加州大學 Davis 分校(B. Gates),U of Delaware (R. Lobo),南非 U. of Witwatersrand (N. Covillie, M. Scurrell),南非 U. of Cape Town(J. Fletcher, Eric van Steen): 研究金觸媒的新製備方法,CO 氧化的 反應機構,modifier 對金的影響及雙金屬觸媒。

  • Oak Ridge National Lab(S. Overbury)與南加大(M. Amiridis):探討金在中孔分子篩的製備及用於CO氧化,及以雙金屬有機金屬鹽製備 PtAu,及以 dendrimers 做為 ”hosts” 的研究。

  • Purdue Univ.(W. N. Delgass, R. Andres, J. Lauterbach):探討 Ti-modified Au 觸媒由丙烯製造 propylene oxide 的反應。


世界奈米金觸媒的發展現況-3

  • Texas A& M (W. Goodman): propylene oxidation

  • U. Illinois-Chicago (J. Regalbuto): EXAFS study

  • Tufts U. (M. Flytzani-Stephanopolous): Au/CeO2 on WGS rxn.

  • U. Washington (C. Campbell): O2 and propylene on Au/TiO2(110).

  • U. Michigan (L. Thompson): WGS; E. Gulari: NO reduction, CO oxidation in H2.

  • U. Wisconsin-Madison (M. Mavrikaki): O2 on Au single crystal, WGS rxn.


國內奈米觸媒研發現況-金

  • 目前國內工研院化工所(吳國卿、童玉蘭、

    戴志強)正量產 Au/Fe2O3用於 CO 的氧

    化反應。

  • 元智大學林昇佃教授從事金觸媒的研究,以基礎研究為主。

  • 葉君棣 以Au/Al2O3 進行 CH3OH partial oxidation.

    黃大仁 以Au/ SmCeO(導氧性氧化物)進行selective oxidation of CO in H2。


文獻上金觸媒的應用

  • 氧化反應: CO oxidation,

    H2 oxidation,

    propylene oxidation (PO),

    water-gas shift rxn,

    CO oxidation in H2。

  • 氫化反應



金觸媒的缺點

  • 活性位置仍為未知

  • Corner site>edge site > surface site

  • 不同的反應有不同的反應位置

  • 擔體效果仍不清楚

  • 對氧化反應所採用的擔體偏採具redox特質的氧化物,或與能穩定奈米金顆粒的氧化物擔體合用,例如 Au/MnO2/MgO/Al2O3


方法

優點

缺點

含浸法

載體限制少

方法簡單

金的loading小

粒徑分佈廣

氯離子難去除

共沈澱法

金較易分散

粒徑較均勻

方法簡單

  • 載體受限制

  • 部分金在載體

    中失去作用

沈澱沈積法

粒徑<10 nm

方法簡單

粒徑較均勻

載體受限制 

氣相接枝法(CVD)

粒徑<10 nm

載體不受限制

方法複雜

原料貴

液相接枝法

粒徑<10 nm

載體不受限制

原料貴

合成時間長

膠體混合法

粒徑<10 nm

方法簡單

載體受限制

活性低

金觸媒合成之優缺點


可能解決的辦法

  • 製備方法:

  • 前軀物:

  • 擔體: carbon, La2O3, etc.

  • 奈米擔體

  • 雙金屬觸媒: Au-Ag

  • 促進劑


為何研究 “鎳和鈷” ?

  • 中央大學居世界領先地位。

  • 在很多液相反應具高活性與

    高選擇性。

  • 比Raney nickel 和 copper chromite活性高。

  • 比 Pt 和 Pd便宜。


奈米鎳、 鈷觸媒-簡介

奈米鎳、鈷觸媒的研究

  • 奈米鎳、鈷觸媒一般係沒有承載在擔體上,利用硼氫化鈉等強還原劑,在液相低溫下將鎳鹽還原,或先將鎳鈷鹽反應成氫氧化鎳再還原,所製成的奈米鎳、鈷系列非晶態,且具有高的表面積。


世界奈米鎳,鈷發展現況-1

  • 主要在大陸

    復旦大學

    南京大學

    中國科學院


國內奈米觸媒研發現況- 鎳,鈷

  • 雷敏宏教授在台灣大學:NiB

  • 陳吟足教授在中央大學:NiB,CoB

  • 陳郁文教授: NiBP

  • 液態氫化反應


鎳鈷的缺點

儲存壽命不夠長


可能解決的辦法

  • 製備時加入高分子或介面活性劑

  • 再生辦法

  • 於反應物中加入惰性顆粒

  • 儲存的方法,改變儲存的溶液


國內奈米觸媒發展利基

  • 國內小型石化及特化反應可利用奈米觸媒自行開發新的製程

  • 金觸媒:為世界上剛開始研究之題目,國內研究人員可輕易居世界領先地位

  • 鎳、鈷觸媒: 國內在實驗室規模領先世界,若能在壽命上有所突破,可開發商用製程


NCU奈米觸媒中心

  • 中央大學奈米觸媒之研究團隊為國內相關人員聚集最多的研究機構,本中心整合校內化工、化學、物理、材料相關專長的教授及研究生,共約五十人,形成奈米觸媒研究團隊。


Ncu 1
NCU奈米觸媒中心的願景-1

中心宗旨與任務

  • 提升國內奈米觸媒研究發展,測試推廣工作,促進國內奈米觸媒產業生根。

  • 培育奈米觸媒產業之科技人才,測試評估,改進業界奈米觸媒產品。

  • 創造產官學界夥伴聯盟,以產學合作模式支持業界研發,克服關鍵技術障礙。

  • 成為台灣奈米觸媒產業之技術育成中心。


Ncu 2
NCU奈米觸媒中心的願景-2

短期研發目標 (2003~2005 年) :

  • 建立奈米觸媒的測試系統及物理、化學特性分析儀器

  • 建立奈米金、鎳及鈷之製備方法,及改進其特性之方法

  • 小型反應製程的設計及分析能力

  • 與工研院化工所、元智大學、中研院等單位建立合作關係

  • 注重與國外技術交流合作並引進至國內工業界,推廣奈米觸媒製程之新知與應用範圍

  • 提供國內工業界技術評論

  • 提供奈米觸媒應用製程之研發人才


Ncu 3
NCU奈米觸媒中心的願景-3

中期發展目標 (2006~2008 年) :

  • 建立規模性的奈米觸媒研發測試中心

  • 奈米觸媒的性能提升,尤其是反應選擇性與壽命之性能

  • 研發設計新製程及材料的技術

  • 申請專利

  • 發表論文

  • 與國內業界及其他研究機構合作,共同研發新製程


Ncu 4
NCU奈米觸媒中心的願景-4

長期發展目標 (2008 年以後) :

  • 建立量產技術

  • 建立其他奈米觸媒之研究,例如 : 鉑、鈀奈米觸媒及奈米沸石等研究

  • 建立國際奈米觸媒之研究中心


中央大學奈米觸媒中心

學校支援

  • 貴儀中心將全力支援

  • 行政工作的支援

  • 空間:

    現有320坪

    化工系將提供80坪


奈米觸媒中心橋樑功能與角色

  • 研發/產業

    • 研發與產業分析整合

    • 產業應用教育推廣

  • 大學/業界/政府研究機構

    • 策略結盟

    • 資金,人員,設備最佳整合運作

    • 研究單位專長整合

  • 研究/市場/教育

    • 未來產業人才培訓

    • 學術研究人才培育


  • 中央大學奈米觸媒學專計畫的定位與特色-1

    • 本研究中心主要目標在開發新的奈米觸媒,以提升國內在奈米觸媒應用於工業製程及環保上的應用,並使我國在這領域上達到世界領先地位。

    • 本校成立奈米觸媒研究中心,除了加強本校教授的研究整合工作外,並針對國內產業所需,做應用方面的研發,加強與產業間的連繫,以期對產業界做直接的貢獻。

    • 本中心之目標在國內建立一整合研究的中心及技術平台,對於奈米觸媒(包括金屬觸媒及金屬氧化物觸媒)之製備,鑑定及其反應上的應用做深入研究。


    中央大學奈米觸媒學專計畫的定位與特色-2

    本中心之任務為:

    • 開發新的奈米觸媒製造方法

    • 發展新的奈米觸媒鑑定方法

    • 建立標準測試方法

    • 開發新的觸媒反應製程

    • 建立技術平台,移轉技術至工業界

    • 建立國際級奈米觸媒中心


    Roadmap
    本計畫研發產出在Roadmap中之定位

    目的:

    • 發展製備均一粒徑奈米級之金屬觸媒

    • 低溫選擇性氧化反應之觸媒

    • 低溫選擇性氫化反應之觸媒

    • 奈米金觸媒的研究

    • 奈米鎳/鈷觸媒的研究


    *

    均一粒徑奈米級金屬觸媒

    (室溫高選擇性)

    技術

    奈米級觸媒

    低溫高選擇性

    大顆粒觸媒

    (高溫低選擇性)

    1980

    1990

    2000

    2010

    2020

    * 本研究目標

    奈米觸媒技術路程圖


    均一粒徑

    特定結構

    奈米 •

    非均一粒徑 •

    全球目前水準

    中央大學目前技術

    2003

    2004

    2005

    2006

    2007

    奈米觸媒之技術路程圖


    Coupled Technologies with no added energy burden

    *

    Low Temperature Incineration

    技術

    HT Incineration with Scrubbers

    Incineration High Temperature

    1980

    1990

    2000

    2010

    2020

    * 本研究目標

    廢氣分解觸媒技術路程圖


    *

    低溫

    高選擇性、高穩定性

    技 術

    中溫

    高選擇性

    高溫

    低選擇性

    1980

    1990

    2000

    2010

    2020

    * 本研究目標

    氫化反應技術路程圖


    本計劃量化目標:金觸媒

    1.富氫CO低溫選擇性氧化:

    在SV=104ml/g,1%CO;1%O2,98%H2,T=323K時,CO轉化率可達 99%。

    2.低溫甲醇轉化:

    在室溫下,SV =104ml/g, 對甲醇轉化有99%轉化率。

    3.VOC氧化分解:

    在室溫下,SV=104ml/g,對C6H12的分解效率可達99%。


    本計劃量化目標:鎳/鈷觸媒

    1. 對氯硝基苯和間氯硝基苯的氫化:

    對氯苯胺和間氯苯胺的選擇率>99%,

    觸媒壽命500小時。

    2.Fructose的氫化:

    Mannitol的選擇率>90%,壽命500小時。

    3. 肉桂醛/檸檬醛的氫化:

    肉桂醇/檸檬醇的選擇率>90%,

    觸媒壽命 500小時。


    計畫目標: 1. 製程開發

    • 開發新的反應製程


    計畫目標: 2.建立關鍵技術

    • 建立新的觸媒製備技術

    • 建立新的反應製程技術

    • 建立新的再生技術


    計畫目標: 3.奈米觸媒中心運作

    • 計畫執行中所累積研發人力,軟硬體設備,及專利與產業競爭力資識庫,將組織為服務奈米觸媒產業的設計及測試中心。

    • 與產業界以末端產品導向需求,進行奈米觸媒商業產品之開發。也為奈米觸媒中心建立永續經營的基礎。

    • 藉由產學合作開發製程的服務運作中,將引進國際技術,釋放研發關鍵技術於產業界。


    技術可行性分析-1

    奈米金觸媒:

    A1.CO in H2選擇性氧化

      燃料電池內的氫氣流若含有微量的CO,它會毒化電池的陽極,但在去除CO時,須避免熱氫流,並且不能把氫氣氧化,因為若把氫氣氧化,就會降低燃料的效率,而若把氣流加熱不但降低電池的效率,而且會破壞電池內的高分子薄膜,因為此薄膜必須在低溫下操作。

    A2. 低溫甲醇轉化

    以甲醇做為燃料電池的進料是目前的趨勢,而甲醇必須反應轉化為氫氣,甲醇轉化的產率,能源效率與產物流的溫度均是重要的關鍵。

    A3. VOC分解

    傳統用於VOC分解反應的觸媒係以白金觸媒為主,其價錢昂貴,且常須在高溫進行。


    catalyst

    Metal

    Loading(%)

    CO

    (vol%)

    O2

    (vol%)

    H2

    (vol%)

    SV

    (1/h)

    T

    (k)

    CO conv.

    (%)

    Au/MnOx

    powder

    5

    1.0

    1.0

    98

    104

    (ml/g)

    323-353

    97-99

    Ru/Al2O3

    Rh/Al2O3

    Pellet

    0.5

    0.09

    0.09

    0.85

    2X104

    (ml/g)

    403-453

    100

    Pt/A

    zeolite

    powder

    6.4

    1.0

    1.0

    98

    3X104

    (ml/g)

    473-523

    91-92

    低溫選擇性CO氧化


    技術可行性分析-2

    奈米鎳/鈷觸媒 :

    B1.對氯硝基苯和間氯硝基苯的氫化

    • 對氯硝基苯和間氯硝基苯的氫化反應是製藥工業上的重要製程,一般均以貴重金屬為觸媒。

      B2.fructose的氫化

    • 在食品工業上,fructose 可氫化成 manitol 及 sorbitol,而工業上是以蘭尼鎳,Ni / kieselguhr 或Ru 做為觸媒將fructose選擇性氫化產品 manitol。

      B3.肉桂醛/檸檬醛 氫化

    • 在香料工業上,將肉桂醛/檸檬醛中共軛 C=C/C=O 中的 C=O 鍵選擇氫化多採貴金屬觸媒進行反應。


    A1 低溫 CO 選擇性氧化

    (陳郁文 羅夢凡)

    A.奈米金觸媒

    (陳郁文)

    A2 低溫甲醇轉化

    (張奉文 羅夢凡)

    A3 低溫甲醇 VOC 分解

    (楊思敏 羅夢凡)

    B1 對氯硝基苯/間氯硝基苯

    的氫化

    (陳郁文 陳呤足)

    奈米金屬

    觸媒研發計畫

    (陳郁文)

    B2 Fructose 的氫化

    (王天財)

    B.奈米鎳/ 鈷觸媒

    (陳吟足)

    B3 肉桂醛/檸檬醛的氫化

    (陳吟足)

    實施策略與方法-計畫架構圖


    奈米金觸媒的研究

    • 主要用在選擇性氧化反應,其下分為3項孫計畫:

      低溫CO選擇性氧化,低溫甲醇氧化,低溫VOC分解反應。

    • 由於3個反應所需使用的擔體與製備方法不同,各有其特性,但亦有其關連性,故三項孫計畫將獨立製備其所需之觸媒,並分別做其鑑定與反應測試,但會互相討論與合作。


    奈米鎳/鈷觸媒的研究

    • 主要用在選擇性氫化反應,其下分為3項孫計畫:

      對氯硝基苯/間氯硝基苯的氫化,fructose的氫化及肉桂醛/檸檬醛的氫化。

    • 此三個反應所需之觸媒性質亦略有不同,所需之製備方法,觸媒組成亦不同,但三者久間亦有其關連性,如何增加觸媒的穩定性,使其不易聚集並且不會產生結晶為其共同目標。故三項孫計劃將獨立製備其所需之觸媒,並分別進行鑑定及反應測試,但會互相討論及合作。


    主要工作項目

    奈米鎳/鈷觸媒

    • 奈米鎳、鈷觸媒合成技術

    • 高分散性及高產物選擇性鎳

      觸媒與鈷觸媒成技術

    • 觸媒的性質鑑定

    • 對氯硝基苯和間氯硝基苯的

      選擇氫化反應評估

    • fructose的選擇氫化反應評估

    • 肉桂醛/檸檬醛的選擇氫化評估

    奈米金觸媒

    • 奈米承載型金觸媒合成技術

    • 高分散特殊結構高活性金觸媒合成技術

    • 添加劑、載體、雙金屬觸媒的測試

    • 觸媒的性質鑑定

    • 低溫CO選擇性氧化反應評估

    • 低溫甲醇轉化反應評估


    奈米金觸媒之研究

    • 經由篩選金的前軀物,控制觸媒上之殘留物質,避免不純物(如氯離子)對觸媒活性的影響。

    • 篩選製備參數,如沈澱劑及pH值,控制金的沈降速率,以控制金的顆粒直徑。

    • 篩選擔體,以探討金和擔體的交互作用。

    • 探討添加劑或雙金屬觸媒的效果。

    • 探討觸媒的鍛燒及活化條件。

    • 經由各項鑑定方法,探討奈米金的active site結構及反應機構做為設計觸媒的基礎。

    • 探討各項低溫反應的觸媒性質。

    • 探討反應的最佳條件。

    • 探討觸媒壽命及再生方法。


    奈米鎳/鈷觸媒之研究

    • 篩選製備方法。

    • 篩選鎳、鈷的前軀物及還原條件。

    • 調整硼和磷的成份,以獲得最佳觸媒組成。

    • 篩選製備參數,如還原劑的種類,添加速率,以控制鎳、鈷的顆粒直徑。

    • 篩選界面活性劑或高分子種類,以獲得鎳與鈷的最佳分散性。

    • 經由各項鑑定方法,探討奈米鎳、鈷的active site及反應機構,做為設計觸媒的基礎。

    • 探討各項低溫反應的觸媒性質。

    • 探討反應之最佳條件。

    • 探討觸媒壽命及再生方法。


    實施策略

    為建立全面完整的技術能力,逐步檢驗的實施步驟。

    在方法上,我們將採取文獻分析、理論研究、數值模

    擬、實作實驗嘗試,及技術引進並行的方法,先求重

    現國外技術,再進而開發自有技術與專利以實現本計

    劃的終極目標。

    • 先期以收集資料、模仿實作、建立各項基礎理論研究。

    • 中期著重測試、產品可靠度及壽命確認、量產技術及成品分析。

    • 後期以進行技術轉移、產業合作及產品改良為主,希望能帶動產業技術升級,開創新製程。


    落實策略

    • 透過產學合作,將研發成果落實於工業界。

    • 透過與工研院化工所及其它大學(元智大學)之合作,共同推廣至工業界。

    • 與國外公司及大學合作,共同推廣技術應用。

    • 舉辦研討會及講習會,做推廣及訓練工業界人士。

    • 訓練研究生及博士後研究人才,供工業界使用。

    • 參與國外之聯盟組織。

    • 申請專利,以保護研發成果。


    與國內奈米觸媒計畫之分工與整合-1

    • 本學專計畫是以前瞻性技術開發及服務產業界的奈米觸媒中心建立為目標。為建構國內奈米觸媒上游研發基地,人才培育及技術擴散中心。

    • 本計畫中所培育人才及整合運用學術研究資源,將肩負學術研究與產學合作的橋樑角色,是其他目前執行及申請中奈米觸媒科專計畫, 所無法取代。

    • 本計畫執行屬奈米觸媒上游研究基礎建立,其培育人才與建立技術將會自然擴散於中下游的研發單位與產業中。


    與國內奈米科技計畫之分工與整合-2

    產業界

    應用 人才

    其他

    工研院

    中央大學

    基礎 人才

    中科院

    Research

    Development

    nanocatalysis application


    中央大學奈米觸媒團隊與國際合作關係-1

    • 與國外及大陸研究機構及大學合作。

    • 登記為World Gold Council會員,了解世界動態。


    中央大學奈米觸媒團隊與國內研發單位的分工合作關係

    • 與工研院及元智大學林昇佃教授合作共同探討金觸媒

      定期(每二個月一次)與國內工研院化工所吳國卿、元智大學林昇佃教授,及其它教授討論,交換研究經驗,兩邊研究人員互以獲得實作經驗。




    預期成果

    • 開發產品及製程。

    • 建立可轉移業界的奈米觸媒系統關鍵技術及提供產業服務項目,如計畫目標所示。

    • 建立服務產業界之測試中心。

    • 引進產學合作及服務業界。

    • 關鍵技術授權或轉移業界。

    • 專利申請5 件,學術論文10篇以上。

    • 每年培育碩博士奈米觸媒研發人才50人。


    項目

    2005 年

    2010 年

    觸媒製程

    (環保)

    2,000,000

    10,000,000

    產業效益-金

    本計畫所開發之低溫氧化之觸媒技術產品及經濟效益預期如下:

    市場潛力(國內產值,新台幣:仟元)


    項目

    2005 年

    2010 年

    氫化觸媒

    1,000,000

    10,000,000

    產業效益-鎳/鈷

    本計畫所開發之低溫選擇性氫化觸媒技術,可廣泛應用於石

    化、特化、香料及製藥工業,可取代原有之貴重金屬,蘭尼

    鎳觸媒及銅鉻觸媒,其經濟效益相當可觀。


    本計畫執行之時機與迫切性

    • 此時世界先進國家政府與民間單位都以嚴密技術保護方式,積極投入奈米觸媒研發,也都宣稱於3~5年後商業量產之。對國內而言,任何相關奈米觸媒產品,技術建立都具創新與前瞻性。

    • 面對台灣傳統產業外移之際,台灣政府民間單位應積極投入奈米觸媒產業,以填補國內傳統產業空洞化。

    • 以中央大學投入人力物力資源,再結合政府民間資金,必能短期內建立國際聲譽的奈米觸媒研發重鎮,為台灣奈米觸媒產業提供充裕上游人力技術資源,以奠定台灣奈米觸媒產業發展根基。


    經費使用

    • 經濟部對於經費使用有嚴格規定,本計畫將嚴格遵照規定。

    • 本計劃執行人員,深切了解:爾俸爾祿,民膏民脂,將不會隨意浪費經費。


    計畫審查綜合意見1

    本研究主要目標在開發新的奈米觸媒,以提升國內在奈米觸媒應用於工業製程及環保上的應用,並使我國在這領域上達到世界領先地位。惟本計畫與環境的關連並不高,計畫本身超過八成是化學反應程序,非在解決環境問題。中央大學環境研究中心之重心及願景與本計畫關連性亦不高。


    修正回覆說明1

     將另成立 “奈米觸媒研究中心”


    計畫審查綜合意見2

    本計畫的技術路程圖不夠細也不夠明確,建議以全球

    目前之技術水準為benchmark,並說明中央大學目前

    之技術及未來年度量化目標,如低溫之溫度?

    轉化率/選擇率? 觸媒壽命等?


    修正回覆說明2

    已將技術路程定位重新更正,並量化本計畫目標。


    計畫審查綜合意見3

    • 計劃書中對計畫架構、主要工作項目、實施策略及落實策略有簡明扼要的陳述,但對開發奈米金屬觸媒及開發新的反應製程需要克服或突破的技術重點並未說明。

    • 奈米金觸媒之製備與應用工研院已從事多年,以了解其方向與成果不重覆投資而有互補與合作,以達雙贏為佳。部份製程應用亦可找業界合作。


    修正回覆說明3

    • 已作簡要說明

    • 工研院目前分別從事CO氧化及H2氧化之研究,與本計畫不同,但可互補,本計畫將積極與工研院及業界合作。


    計畫審查綜合意見4

    顯現出特性之奈米金屬觸媒屬前瞻研究,該團

    隊在鎳、 鈷觸媒之製備與應用方面已有不錯之

    成果。但未來之創新構想為何?奈米金觸媒之

    製備與應用有何創新做法?


    修正回覆說明4

    • 鎳/鈷觸媒:

      將以添加高分子或其它界面活性劑及添加劑,以求突破穩定性之要求。

    • 金觸媒:

      將探討擔體、雙金屬、促進劑及製備方法之效果、並研究奈米擔體之效果。


    計畫審查綜合意見5

    中央大學在觸媒與反應應用方面有很好之團

    隊,主持人與其團隊之執行能力與經驗均佳。


    修正回覆說明5

    本校除將加強原有團隊,並將積極與工研院及

    國內外大學及工業界相關領域人員合作結盟。


    計畫審查綜合意見6

    • A3異丁烷氧化-Lyodell, Huntsman 從事PO/TBA(t-butanol)共生產已多年,產量大, 而TBA為PO之副產品,此計畫單獨生產TBA可能無法競爭。

    • B1硝基苯的氧化-工業化已多年,即使奈米觸媒研究成功,以後還需研究工業化製程 、時間可能要花很多年。

    • B2、B3產業效益也不高。

    • 台灣必需發展精緻、高附加價值的產業。已成熟而且大量生產的產品其工業上要顯現效益不只觸媒而已,製程的可信度佔很重要的比重,故除非已有業界支持與商業工廠可試產,不建議研發大宗產品的觸媒。


    修正回覆說明6

    • 已依審查意見,將孫項計畫更正為6項

    • A3,異丁烷氧化:已刪除

    • B1,硝基苯的氫化:更正為“對氯硝基苯和

       間氯硝基苯的氫化”

    • B2,B3,已刪除

    • 本計畫已參照審查意見修正,朝精緻與高附加價值的產業做研究。


    計畫審查綜合意見7

    此階段雖為構想書,但仍宜顯示出本計畫之創新與潛力。

    此構想書大都僅簡述未來要做什麼,價值難以顯現,建議朝以下

    增修。

    (1) 分析目前國內外在奈米金、鎳、鈷之技術狀況與所擬應用之反應製程目前有何困難與問題。再提出本團隊有何創新構想可解決這些問題。

    (2) 明確訂出量化技術指標,如室溫奈米金觸媒(CO去除工研院已達到,VOC去除則可為一指標),長壽命(e.g. 2000小時)奈米鎳 /鈷觸媒及其年度目標。

    (3) 粒徑均一之奈米觸媒對所擬應用之反應有何好處?此亦可作為選擇反應製程之一依據。


    計畫審查綜合意見7

    (4)本計畫之重點在奈米金屬觸媒之合成與檢測,此部份宜為 (1)主要項目,宜慎選反應製程,10項反應明顯過多,在反應應用方面請參考(六)、七(1)、七(3)等項意見。

    (5)本計畫之特色在奈米金屬觸媒而非環工、委員們均建議列 到中央大學擬建立之奈米中心較合適,亦較能長期展現其特色。

    (6)其他(一)至(六)項所述。綜合言之,中央大學有許多觸媒

    或反應工程方面能力及經驗均佳之教授,若能有效整合,可為該校及國內學術界在此領域之一特色。惟此計畫書太過簡略,無法顯現其價值。


    修正回覆說明7

    (1) 國內外對於金觸媒的反應位置(active site )尚不了解。一般認為以增加金屬擔體的接觸周界及增加edge site或corner site

    可增加活性,但不同的反應有不同的機制,本計畫擬分別探 討擔體、製備方法、雙金屬、添加劑等的效果。例如,若改 用奈米擔體,或可改良觸媒。鎳鈷觸媒的問題主要在其壽命 及再生方法,本研究擬以添加高分子的方法製備,及以添加 劑來改良觸媒。

    (2) 本計畫已明確定出量化目標。

    (3) 反應有其適當之顆粒直徑,太小或太大其活性均不佳,故均

    一粒徑的觸媒,其所有金屬可充分利用到。且特定粒徑的金

    屬,可能有其特定的結構,而此特定結構會適合某些特定反

    應,但這些關係,目前尚不了解。


    修正回覆說明7

    (4) 本計畫已更正為6項。

    (5) 本校將成立“奈米觸媒研究中心” 。

    (6) 本計畫已補強說明,並依照審查委員意見做大幅增修。本研究團隊深切了解“爾俸爾祿,民膏民脂”,本計劃在執行將嚴格控管使用經費,做最大的發揮,並積極尋求與工業界人士合作。

    本計畫亦將聘請顧問,提供建議,目前元智大學林昇佃教授,工研院吳國卿先生均已答應加入。


    ad