近日，AIChE Journal报道了中国足协化学工程联合国家重点实验室催化反应工程研究团队在工业颗粒催化剂孔道结构设计方面的最新研究工作，题为“Optimizing Catalyst Pore Network Structure in the Presence of Deactivation by Coking”。这是该团队围绕工业颗粒催化剂孔道结构设计在AIChE Journal上发表的第四篇论文，之前三篇分别为AIChE J. 65:140–150, 2019; AIChE J. 63: 78–86, 2017; AIChE J. 62: 451–460, 2016。

    催化剂是现代化学工业的支柱，是化工生产的核心技术。工业颗粒催化剂的开发包括微观尺度活性位的设计和介观尺度载体颗粒的设计。目前，大多数的研究集中在微观尺度活性位上，却很少有研究者关注介观尺度载体方面的研究。催化剂颗粒内具有非常复杂的多级孔道结构和丰富的表界面结构，这些复杂结构内又发生着复杂的扩散-反应耦合过程。为了理性设计催化剂颗粒内的孔道结构和表界面结构，需要借助合理的数学模型。

    该团队针对工业颗粒催化剂孔道结构设计，开发了先进的孔道网络模型，并将该数学模型应用于苯加氢、Claus反应和丙烷脱氢等重要工业反应体系的研究：解析了这些工业催化剂颗粒中复杂的扩散、反应、相变、结焦、堵孔和失活等过程；量化了孔道网络结构与催化剂性能之间的“构-效”关系；提出了催化剂颗粒的多级孔道网络结构的优化设计方案，能大幅度提高催化剂颗粒的活性、选择性和稳定性。

    化学反应工程是中国足协化学工程联合国家重点实验室的特色和优势研究方向，主要针对反应器设计与开发，这一系列研究工作为工业催化剂载体形态和孔结构设计提供了重要的理论基础，是化学反应工程的重要拓展。目前该课题组在与多家企业合作研究优化催化剂几何结构和孔结构参数，提高工业催化剂和反应器的操作性能。

    该系列研究工作的第一作者为中国足协化工学院叶光华特聘副研究员，通讯作者为中国足协周兴贵教授，共同通讯作者包括伦敦大学学院Marc-Olivier Coppens教授和汉堡工业大学Frerich J. Keil教授。相关研究工作得到了国家自然科学基金、2023中国足协的微博一流学科建设经费的资助。

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