一種歷時30多年研發的金基催化劑有望幫助對抗中國聚氯乙烯 (PVC) 塑膠工業對該國環境造成的危害。這項技術的開發最初由英國卡迪夫大學的格雷厄姆·哈欽斯於 1982 年發起，旨在取代用於製造氯乙烯單體 (VCM) 的有毒汞化合物。英國催化劑供應商莊信萬豐於 2015 年在上海建立了一個生產部門，目前正“處於高階談判階段”，將向商業運營供應金材料。哈欽斯告訴《化學世界》，他減少汞汙染的想法最終得以實現，這表明“你永遠不應放棄希望”。
哈欽斯 1980 年代研究的當前重要性在於，中國將 VCM 轉化為 PVC 的行業需要規範其行為。中國既是世界上最大的 PVC 生產國，也是消費國，需求由管道和導管等建築產品驅動。在大多數其他國家，VCM 是透過乙烯（來自石油或天然氣）與氧氣和氯氣反應制成的。然而，中國的工業利用該國豐富的煤炭資源，將煤炭轉化為碳化鈣，然後轉化為乙炔。然後，生產商透過使用負載在活性炭上的氯化汞 (II) 催化劑，使乙炔和氯化氫氣體反應得到 VCM。
煤基工藝存在重大缺陷，包括需要大量的氯化汞 (II)，約佔總負載催化劑重量的 10%。這種汞鹽在 VCM 生產溫度下具有毒性和揮發性，這意味著它會逸散到周圍環境中，而催化劑的損失會減慢生產速度。催化劑生產也會產生大量的汞排放。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
汞也會以其他方式造成汙染。例如，在齊齊哈爾一家工廠，受汞汙染的廢漿淹沒了附近的農田，國際永續性有機汙染物消除網路 (IPEN)記錄了這一情況。“齊齊哈爾的例子似乎非常典型，”IPEN 的高階科學和技術顧問約瑟夫·迪甘吉說。
遠離汞很快將成為強制性的，因為2013 年簽署的具有約束力的國際條約《關於汞的水俁公約》包含關於 VCM 的具體條款。2017 年之後，它禁止新的 VCM 工廠使用汞催化劑。2022 年之後，所有 VCM 工廠都必須實現無汞化，前提是有經濟可行的替代方案。
從默默無聞中獲救
哈欽斯最初的任務是改進汞催化工藝，他的時任僱主南非非洲爆炸物和化學工業公司 (AECI) 委託了他這項任務。“我去圖書館讀了一篇包含大量資料的論文，我使用這些資料預測黃金將是最好的催化劑，”他回憶道。在轉到威特沃特斯蘭德大學之前，他能夠在 AECI 證實這一預測。“然後我有一個博士生，我們對這個反應做了大量工作，我們在 1990 年代初在一系列論文中發表了這些工作。我想，如果莊信萬豐在 2007 年左右沒有對它非常感興趣，它就會一直停留在那裡。”
莊信萬豐的 VCM 業務經理塞巴斯蒂安·範·漢德爾解釋說，莊信萬豐在發現中國 PVC 行業面臨的汞問題規模後，聯絡了哈欽斯。但哈欽斯的方法使用王水（一種極具腐蝕性、發煙的硝酸和鹽酸混合物，用於溶解黃金）將 1-2% 重量百分比的黃金沉積到碳載體上。“那將導致非常昂貴的催化劑工廠和一個困難的工藝，”範·漢德爾說。
哈欽斯和莊信萬豐的研究人員共同發現，含硫配體的金配合物足夠穩定，可以溶解在水中，從而實現更便宜的工藝。使用僅佔重量百分比 0.6% 的黃金，所得催化劑還可以實現更高的轉化率，並保持更長時間的穩定。“黃金比汞更昂貴，因此我們需要降低黃金含量並實現更長的壽命，以便客戶不必頻繁更換催化劑，”範·漢德爾觀察到。“這至少比標準汞催化劑的壽命長四倍，”哈欽斯補充道。
鑑於迪甘吉指出成本分析將是“採用速度的關鍵組成部分”，並且不幸的是也會排除環境和健康成本，這一點非常重要。他補充說，雖然“中國中央政府很可能對替代催化劑非常感興趣，但全國各地的情況更難衡量”。
其他公司也在研究無汞催化劑。例如，英力士和蘇威的合資企業 Inovyn 正在開發基於離子液體和貴金屬的系統，儘管它們尚未上市。“它們非常優雅，這絕對是一個好主意，”哈欽斯說，“但負載在碳上的高度分散的金要簡單得多。”
相比之下，範·漢德爾表示，莊信萬豐在 2011 年至 2014 年“與中國最大的 PVC 生產商之一”進行了測試後，於 2015 年初開始銷售其名為 Pricat MFC 的催化劑。上海工廠於 2015 年年中開始運營，已準備好直接替代汞催化劑。“有很多人感興趣，”範·漢德爾補充道。“這個行業非常清楚情況將會發生變化，他們必須做些什麼。大公司都在準備。他們要麼試圖自己做，要麼與我們交談。”