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晶体催化剂在室温下将甲烷转化为甲醇

晶体催化剂转化冰毒…
研究人员改进了一种能在室温下将甲烷转化为甲醇的催化剂
研究人员改进了一种能在室温下将甲烷转化为甲醇的催化剂
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两种类型的铁沸石的分子结构说明。较大的孔(左)允许甲基自由基等分子游离,使更多的活性位点失活(红色和橙色)。然而,更小的孔隙(右)更好地捕获它们,并促进甲醇的形成
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两种类型的铁沸石的分子结构说明。较大的孔(左)允许甲基自由基等分子游离,使更多的活性位点失活(红色和橙色)。然而,更小的孔隙(右)更好地捕获它们,并促进甲醇的形成
研究人员改进了一种能在室温下将甲烷转化为甲醇的催化剂
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研究人员改进了一种能在室温下将甲烷转化为甲醇的催化剂

科学家发现了一种在室温下将甲烷转化为甲醇的方法。使用一种普通的晶体作为催化剂,这项技术最终可以将甲烷转化为有用的液体燃料,从而减少甲烷逸出到大气中。

作为一种温室气体,甲烷的能量是二氧化碳的34倍,并且大气中的水平经济增长迅速。其中一个最大的来源是天然气开采、加工、储存或运输过程中因泄漏而产生的“无组织”排放物,这一排放量占天然气总排放量的40%3.9%全球温室气体排放量。

一种可能的替代方法是将气态甲烷转化为液态甲醇,以减少这些无组织排放,并使储存和运输更加容易。甲醇本身当然可以用作燃料,也可以用来制造油漆和塑料等材料。问题是,将甲烷转化为甲醇通常是一个能源密集型过程,需要极高的压力和温度。

现在,斯坦福大学和鲁汶大学的研究人员已经开发出一种可以在室温下进行转换的过程,而不需要任何额外的热量或能量。关键是一种叫做铁沸石的普通晶体,它是甲烷制甲醇催化剂的候选者,如果它不是那么低效的话,它将很有希望,通常在一个反应周期后就会失活。这就是团队现在要解决的问题。

经过仔细观察,研究人员发现,孔径大小对铁沸石的活性和活性维持时间有很大影响。铁沸石是由铝、硅、氧和铁组成的多孔矿物,当甲烷注入这些晶体时,铁会带走一个氢原子。这就留下了可以化合成甲醇的甲基自由基,但令人沮丧的是,松散的甲基自由基也会游离并使其他催化剂分子失去活性。

两种类型的铁沸石的分子结构说明。较大的孔(左)允许甲基自由基等分子游离,使更多的活性位点失活(红色和橙色)。然而,更小的孔隙(右)更好地捕获它们,并促进甲醇的形成
两种类型的铁沸石的分子结构说明。较大的孔(左)允许甲基自由基等分子游离,使更多的活性位点失活(红色和橙色)。然而,更小的孔隙(右)更好地捕获它们,并促进甲醇的形成

研究小组发现,较小的孔径减缓了甲基自由基的逃逸,这意味着更多的甲基自由基可以转化为甲醇。更妙的是,它实际上可以再生进行化学反应的活性部位,使它们可以重复使用。在测试中,研究人员一次又一次地激活了40%的活性位点。

当然,只有40%意味着催化剂仍将产生递减的回报,但这是朝着提高过程效率迈出的一步。提高这一比例是未来工作的一个关键目标,调整这一比例使其与环境空气作为氧气源一起工作也是如此。与此同时,其他室温催化剂也在调查中。

该研究的合著者本杰明·斯奈德(Benjamin Snyder)说:“催化循环——再生场所的持续再活化——有朝一日可能导致从天然气中持续、经济地生产甲醇。”。

这项研究发表在杂志上科学类.

来源:斯坦福大学

2评论
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卡特维兹勒
实际上,海底储存着无限的甲烷水合物,几位试点人员已经对其进行了商业量的开采。
特别有趣的是,一种提取甲烷的可能途径是用二氧化碳取代H2O,奇怪的是,这种有趣的技术似乎没有得到宣传。
文森特沃尔夫
这确实是一个非常酷的催化剂。许多分析化学家对这种将甲烷转化为甲醇的方法非常感兴趣,这将有助于通过GC和GC/MS检测低量甲烷。