学科建设

化学工程与技术

一、学科简介

(一)本学科点的历史沿革与现状概述

1.历史沿革

2002年,开始招收“应用化学”本科专业;

2005年,成立化学化工学院,开始招收“化学工程与工艺”本科专业;

2006年,获批“生物化工、应用化学”两个二级学科硕士点,并于2007年首次开始招生;

2007年,“应用化学”进入石河子大学重点建设学科行列,同年获批建立“新疆兵团化工绿色过程重点实验室”;

2008年,石河子大学与新疆天业集团签署战略合作协议,建立“石河子大学-新疆天业集团化工绿色技术研发中心”;

2009年,石河子大学将“应用化学”学科的研究领域“化工绿色工艺及新型材料技术”作为大学“211工程”三期校级重点学科建设项目;

2010年,获批“新疆兵团化工绿色过程重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地”;

2011年,获批“化学工程与技术”一级学科硕士点,包含“化学工程、化学工艺、生物化工、应用化学、工业催化、材料化工、环境化工”7个二级学科,同年获批“应用化学”新疆自治区重点学科;

2012年,在“农业工程”一级学科下,获批设立交叉学科“农业化学工程”二级学科博士点。

2013年,“化学工与技术”一级学科进入学校国家“一省一校”工程重点建设项目。

2.现状概述

本学科现有30名教师,其中教授3名,副教授12名,讲师15名,其中具有博士学位教师24名、博士在读4名、硕士2名,教师博士化率80%。科技部中青年科技创新领军人才1名、973首席科学家1名、教育部创新团队负责人1名、教育部新世纪优秀人才2名、兵团英才3名、国务院特贴专家1名,博士导师2名、硕士生导师15名。

2011年以来,学科依托省部共建国家重点实验室培育基地,紧紧围绕“工业催化、能源化工”两个大的研究方向,主持承担了包括国家973计划、863计划、重大专项、国际合作、自然科学基金等国家级科研项目20项,兵团科技攻关、博士资金等省级科研项目8项,科研经费累计达 5219 万元,发表SCI/EI收录60,获兵团科技进步奖4项,国家教学成果奖在内的教学成果奖1项,获批准专利3项,出版各类教材2部。


(二)本学科点的优势与特色研究方向介绍

1.工业催化

1)乙炔绿色转化多相催化反应研究

在国家973计划项目课题二乙炔氢氯化合成氯乙烯的非汞催化材料与反应工程2012CB720302973计划专项电石法乙炔合成氯乙烯非汞催化反应机理研究(2010CB234605、教育部长江学者和创新团队发展计划氯碱化工清洁生产与产品高值化创新团队等多个项目的支持下,主要开展了以下研究工作。

i研究了以碳小球为载体的Au-La/SAC双组元催化剂,乙炔初始转化率可达99%以上、选择性可达99%以上,催化剂寿命可达50 h。(Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2012, 18, 49-54;一种乙炔氢氯化合成氯乙烯的Au-La催化剂及其制备方法,专利公开号CN102794174A

ii)研究了Au-Co(III)/SAC双组元催化剂,催化剂寿命可达50 h,氧化态Co3+的加入可有效抑制Au3+活性物种的失活。(Green Chemistry, 2013, 15 (3), 829-836;一种乙炔氢氯化合成氯乙烯的Au-Co-Cu催化剂及其制备方法,专利公开号CN102794187A

(iii)以纳米管为载体,聚吡咯为氮源,制备了Au-PPy-CNT催化剂,该催化剂的寿命相对于Au-CNT有明显提高。(Applied Catalysis B, 2013, 142-143, 234-240

(iV)在没有Au活性组分存在的情况下,以C3N4为主催化剂,催化性能可达到汞催化剂的70%左右,降低了乙炔氢氯化催化剂的制备成本。(Journal of Catalysis, 2014, 311, 181-294

(V)TiO2为助催化剂、Au为活性组分应用于乙炔氢氯化反应,所制备的Au-TiO2催化剂相对于Au的稳定性明显提高。(Chemical Engineering Journal, 2014, 242,69-75

科学意义

电石乙炔法PVC工艺中汞排放带来的严重环境污染,催化剂已成为制约电石法聚氯乙烯产业发展的瓶颈。研制可替代汞催化剂的环境友好、催化活性高、选择性强、寿命长、易于处理的非汞催化剂,影响着整个行业的发展,关系到整个行业的生存。

文献中报道Au催化剂对乙炔氢氯化具有良好的催化性能,但Au价格昂贵,限制了其在乙炔氢氯化中的应用前景;申请人首次提出以低成本的碳氮材料应用于乙炔氢氯化反应,并获得了可观的催化活性,为氢氯化催化剂的发展开辟了新的学术方向。

申请人首次提出了在Au与过渡金属氧化物之间的界面现象可稳定活性Au3+组分的理念,该催化剂设计理念对设计长寿命乙炔氢氯化Au基催化剂具有稳定作用。

2)有机小分子催化

开展了有机小分子催化剂氮杂环卡宾催化、苯炔化学等合成方法学研究。利用氮杂环卡宾的强亲核性和Lewis碱性,通过对有机硅试剂的活化,研究了一系列选择性加成反应,如Vinylogous Mukaiyama-aldol反应、磷基aldol反应、磷基Mannich反应、硅基Reformasky加成反应、氰基化反应等,发展了有机催化构建C–C键,C–P键的新方法。利用氮杂环卡宾对醛的极性反转,研究了通过卤代烯醛与醇的redox酯化构筑C–O键的反应,发展了立体选择性制备不饱和羧酸酯的方法;利用氮杂环卡宾的Lewis碱性,研究了卤代烯醛与硫醇的偶联反应,发展了立体选择性构筑C–S键的新方法。通过苯炔的与亲核试剂和亲电试剂的串联反应,发展了无过渡金属催化下,吲哚、吲哚啉、四氢喹啉、氧杂蒽等重要杂环化合物的制备方法。相关研究成果已经发表在国际刊物Chem.Commun. Org. Lett.TetrahedronTetrahedron Lett. Synthesis等国际期刊上,获2013年兵团科技进步三等奖1项。

科学意义

利用过渡金属钯为催化剂,详细研究了末端芳炔的选择性二聚反应和水和反应,发现通过离子对的调节可以实现对反应化学选择性的有效调控。使用醋酸时,有利于烯基炔基钯中间体的生成,反应选择性生成非常罕见的1, 3-二芳基取代的共轭烯炔;当使用盐酸时,则有利于烯基钯中间体的生成,反应则选择性生成水合产物。(Org. Lett. 2014, 16, 948−951

利用氮杂环卡宾的Lewis碱性,研究了卤代烯醛与硫醇的偶联反应。在氮杂环卡宾催化下,一般的亲核试剂,如醇、氨、水等与卤代醛反应,无一例外的发生醛的极性反转,生成相应的酯、酰胺或者羧酸。而硫醇与卤代醛在氮杂环卡宾催化下发生反常的取代反应,醛基可以很好的保留。这一研究不但发展了选择性构筑C–S键的新方法,更对氮杂环卡宾催化有了新的认识,这必将促进氮杂环卡宾催化化学的发展(Chem. Commun. 2014, DOI: 10.1039/c4cc00154k)。

通过这些研究工作,发展了过渡金属催化和有机催化构筑C-CC-OC-PC-S键的新方法;利用苯炔化学,发展了非金属催化下,合成多种不同杂环化合物的新方法。本研究为一系列重要的中间体、杂环类化合物合成工艺的改进提供了新的有效途径。

2.能源化工

1)等离子体-催化脱硫研究

在国家国家自然基金项目介质阻挡放电和离子液体协同作用柴油深度脱硫机制研究(21063012、兵团杰出青年创新基金新疆煤焦油制备燃料油催化反应机理研究(2011CD001项目的支持下,以空气为氧源,通过介质阻挡放电(DBD)等离子体制备臭氧为氧化剂,以燃油中的典型硫化物配成模拟油,筛选催化剂和离子液体萃取剂,研究常温常压下催化剂的催化氧化脱硫活性以及萃取剂的萃取性能,建立了DBD+催化剂催化+离子液体萃取协同脱硫新方法。以等离子体与常规催化手段相比较,等离子体催化具有催化活性高、反应时间短、不适用双氧水为氧化剂等优点。在Catal. TodayJInd.& Eng. Chem.Fuel Processing Technol.等国际期刊上发表SCI收录文章7篇,占该领域文章的7.3%

科学意义将介质阻挡等离子体与离子液体协同作用用于柴油深度脱硫,实现柴油生产的原料清洁化、过程连续化和脱硫技术绿色化。同时,为等离子体与离子液体结合用于柴油深度脱硫提供了理论基础和实践依据。

2)电石法乙炔选择加氢制乙烯工艺研究

针对电石法乙炔选择加氢制乙烯催化剂的活性组分、载体、负载量、制备方法等进行系统筛选和研究,获得了几种对乙炔选择催化加氢效果较好的催化剂,并确定了催化剂制备以及加氢反应的工艺条件,其中制备的Pd-Ti催化剂通过不间断192小时寿命实验,对催化反应无明显影响,乙炔转化率100%、乙烯收率达90%以上,荣获2010年兵团科技进步二等奖1项。(Journal of Industrial and Engineering Chemistry2012,18(1):45-48电石法乙炔选择加氢制乙烯的反应工艺,专利公开号CN101898929A;用于电石法乙炔选择性加氢制乙烯的催化剂,专利公开号CN101898133A

科学意义

通过电石法乙炔选择催化加氢制备乙烯的技术,在电力丰富,且拥有发达电石乙炔工业或者煤炭资源富足的地区十分适用,同时制得乙烯后进一步发展乙烯下游精细化工产品也是一条可取的技术路线。

传统的PdAg用于大乙烯工程中除去乙炔杂质,防止乙烯聚合时齐格拉催化剂中毒,我们把PdAg用于大空速乙炔加氢时,选择加氢效果不佳,而申请人首次设计的PdTi催化剂具有良好的活性,因而具有较长的寿命,该催化剂对乙炔加氢具有很强的工业应用价值。

  

二、学科队伍

(一)本学科点主要学术带头人

代斌教授

张金利教授

魏忠教授

(二)本学科点学术团队建设情况

1.2010年,“新疆兵团氯碱化工清洁生产技术创新团队”获批首届新疆兵团科技创新团队。

2.2011年,“氯碱化工清洁生产与产品高值化”获批教育部长江学者和创新团队发展计划资助。



三、本学科科学研究情况

-1   本学科点目前承担的主要科研项目(课题)情况

序号

项目(课题)名称(编号)

项目来源

起讫时间

经费/万元

主持人

1

基于合成气的甲烷化催化剂的制备及工程基础研究,U1203293

国家自然科学基金-新疆联合基金重点项目

2013-2016

243

朱明远

2

金属铜胶束纯水相中催化C-N偶联反应的研究,21103114

国家自然科学基金青年项目

2011-2014

25

刘平

3

乙炔法聚氯乙烯生产过程的高效、节能、减排科学基础,2012CB7300

国家重大基础研究发展计划(973计划)

2012-2016

3400

张金利

4

煤热解过程自由基缩聚反应研究,21106087

国家自然科学基金青年项目

2012-2014

25

张建树

5

CO2分离膜材料及规模化制备技术,2012AA03A611

国家高技术研究发展计划

2012-2014

380

郭瑞丽

6

有机酸镧基膨润土原位插层改性PVC及其结构、形态与性能的研究,51163012

国家自然科学基金地区项目

2012-2015

52

魏忠

7

有机催化beta-取代炔烃的不对称Baylis-Hillman反应研究,21162002

国家自然科学基金地区项目

2012-2015

50

何林

8

双功能氮杂环卡宾催化不对称Vinylogousaldol反应研究,21262027

国家自然科学基金地区项目

2013-2016

50

杜广芬

9

基于多巴胺化学多功能刺激响应包膜型控释肥料的制备及性能研究,21264013

国家自然科学基金地区项目

2013-2016

54

王贺云

10

COH2分子在金属Ni表面散射的准经典动力学方法研究,11304208

国家自然科学基金地区项目

2014-2016

24

康丽华

11

基于反应机理设计高性能甲醇定向转化制苯乙烯催化剂,21363020

国家自然科学基金青年项目

2014-2017

52

康丽华

12

基于界面效应设计高效乙炔氢氯化Au基催化剂, 21366027

国家自然科学基金地区项目

2014-2017

48

朱明远

  

-2本学科点2011-2014年公开发表的最具有代表性的学术论文

序号

论文名称

第一作者

刊物名称

发表时间

收录情况

1

Overwhelming   microwave irradiation assisted synthesis of olivine-structured LiMPO4   (M=Fe, Mn, Co and Ni) for Li-ion batteries

于锋

Nano Energy,

2014

SCII

2

Active carbon supported   TiO2-AuCl3/AC catalyst with excellent stability for acetylene   hydrochlorination reaction

朱明远

Chemical Engineering Journal

2014

SCII

3

A novel,   non-metallic graphitic carbon nitride catalyst for acetylene   hydrochlorination

代斌

Journal of Catalysis

2014

SCI, I

4

Reactivity Switch Enabled by Counterion: Highly Chemoselective   Dimerization and Hydration of Terminal Alkynes

代斌

Organic Letters

2014

SCI, I

5

N-doped   pitch-based spherical active carbon as non-metal catalyst for C2H2   hydrochlorination, 2014

代斌

ChemCatChem

2014

SCI, I

6

AuCl3 on polypyrrole-modified   carbon nanotubes as acetylene hydrochlorination catalysts

代斌

Applied Catalysis B:   Environmental

2013

SCI, I

7

A novel method for synthesis of   phosphomolybdic acid-modified Pd/C catalysts for oxygen reduction reaction

代斌

Journal of Power Sources

2013

SCI, I

8

Non-mercury catalytic acetylene hydrochlorination over bimetallic   Au-Co(III)/SAC catalysts for vinyl chloride monomer production

代斌

Green Chemistry,

2013

SCII

9

Non-mercury catalytic acetylene hydrochlorination over ternary   Au-Co(III)-Cu(II)/SAC catalysts

代斌

Journal of Catalysis

2014

SCI, I

10

N-Heterocyclic carbene-catalyzed formal cross-coupling   reaction of a-haloenals with thiols: organocatalytic construction of sp2 carbon–sulfur   bonds

何林

Chem.   Commun.

2014

SCI, I

11

NHCs Catalyzed Hydrophosphonylation of   α-Ketoesters andα-Trifluoromethyl Ketones

何林

Sci. World J.

2013

SCI, I

12

Transition-metal-free   synthesis ofmultisubstituted N-arylindolesvia reaction of arynes and a-amino   ketones

何林

Tetrahedron

2014

SCI,II

13

N-heterocyclic   carbenes mediated cyano-phosphorylation of ketones

何林

Tetrahedron Letters

2013

SCI,II

14

N-Heterocyclic   Carbene Catalyzed Hydrophosphonylation of Aldehydes

何林

SYNTHESIS

2011

SCI,II

15

N-heterocyclic   carbene catalyzed cyanation reaction of carbonyl compounds

with ethyl   cyanoformate and acetyl cyanide

张洁

Tetrahedron Letters

2011

SCI,II

16

Metallomicelles of palladium(II) complexes as   efficient catalysts for the Suzuki-Miyaura reaction in neat water

刘宁

Appl. Organomet.   Chem.

2013

SCI,II

17

Nucleophilic carbene-catalyzed redox-esterification reaction of   a-halo-a,b-unsaturated aldehyde

何林

Tetrahedron

2012

SCI,II

18

N-Heterocyclic carbene mediated Reformatsky reaction of   aldehydes

with   a-trimethylsilylcarbonyl compounds

何林

Tetrahedron

2013

SCI,II

19

N-Heterocyclic   Carbene-Catalyzed Cyanomethylation of Aldehydes with TMSAN

杜广芬

Tetrahedron Letters

2012

SCI,II

20

Nucleophilic Carbene Catalyzed   Hydrophosphonylation of N-Tosyl Aldimines.

杜广芬

SYNTHESIS

2012

SCI,II

  


-3本学科点2011-2014年获得授权的最具有代表性的发明专利

发明创造名称

发明人

或设计人

专利证书

颁发日期

专利号

1

以吡咯-2-酰肼为配体的水相体系中的N-芳基化方法

谢建伟

2013.05.29

ZL201010102104.5

2

吡咯并氮杂卓酮类化合物及其作为蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B抑制剂的应用

谢建伟

2012.05.23

ZL200910261418.7

3

吡咯并氮杂卓酮类化合物及其在制备治疗肿瘤的药物中的应用

谢建伟

2011.03.28

ZL200910261419.1

4

一种乙醇脱水制乙烯用催化剂及其制备方法

代斌

2011.04.14

ZL 200910087868.9

5





-4本学科点2011-2014年获得的最具有代表性的科研成果奖励

成果名称

第 一

完成人

获奖时间

获奖类别

名称及等级

证书编号

1

新疆棉籽油脱出馏出物综合利用技术研究

代斌

2013

新疆生产建设兵团科技进步三等奖

201331001

2

PdM双组元氧还原电催化剂的研究

朱明远

2013

新疆生产建设兵团科技进步三等奖

201333101

3

氮杂环卡宾催化的小环化反应研究

何林

2013

新疆生产建设兵团科技进步三等奖

201332401








  


四、本学科交流与合作情况

-1本学科点2011-2014年举办的重大国际性或全国性学术会议情况

会议名称

举办时间

会议规模

1

新疆自然资源综合利用博士论坛

2011.08

110

2




-2本学科点2011-2014年其教师在国际性或全国性学术会议大会(或分会场)上做特邀学术报告情况

会议名称

学术报告名称

参会时间

报告人

1

西部青年论坛

服务需求、借力发展,建设西部特色化学化工学科

2014.08

代斌

2

西部青年论坛

乙炔氢氯化高性能催化剂的设计

2014.08

朱明远

3

2014   Australia-China Symposium on Energy


The pyrolysis properties ofsmall molecules and the main framework   during coal

2014.05

张建树

4

The 8th Conference of Aseanian Membrane   Society

Experimental studies on removal of C2H2 in a poly-tetrafuoroethylene hollow fiber   membrane contactor

2013.07

王晓旭

5

第四届国际催化科技大会

N-Heterocyclic   Carbene Catalyzed Nucleophilic

Addition Reactions Via Activation of Silylated   Reagent

2013.07

何林