據(jù)悉，丙烯每年要制造800萬(wàn)噸的塑性聚丙烯。
資料圖
據(jù)了解，這種新催化劑可以通過(guò)天然氣生成丙烯，其效率至少是目前商業(yè)催化劑的10倍。在需要再生之前，它可以持續(xù)使用10倍的時(shí)間。催化劑由鉑和錫的納米顆粒組成，由二氧化硅支撐。
密歇根大學(xué)化學(xué)工程Martin Lewis Perl學(xué)院教授Suljo Linic表示：“多年來(lái)，工業(yè)已經(jīng)從石油原料轉(zhuǎn)向了頁(yè)巖氣。因此，人們一直在努力尋找一種方法，即從頁(yè)巖氣的一種成分--丙烷中高效生產(chǎn)丙烯。這種催化劑實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。”
高效“非氧化脫氫反應(yīng)”的秘密
傳統(tǒng)上，丙烯是由煉油廠通過(guò)將石油原料分解成較輕的碳?xì)浠衔锓肿拥拇笮驼羝鸦b置生產(chǎn)的。而裂解頁(yè)巖氣生產(chǎn)丙烯的效率一直很低。
這種新型催化劑可以有效地從丙烷中生成丙烯--一種由三個(gè)碳原子和六個(gè)氫組成的分子，而丙烷中有兩個(gè)額外的氫。這種方法使用的過(guò)程叫做非氧化脫氫。目前催化劑效率低下的原因之一是它們需要在過(guò)程中加入氫氣。
然而新催化劑的關(guān)鍵創(chuàng)新之處在于，它使用二氧化硅作為鉑和錫納米顆粒的支撐結(jié)構(gòu)，而不是目前催化劑中使用的氧化鋁。據(jù)悉，氧化鋁會(huì)跟錫發(fā)生反應(yīng)、使錫從鉑中分離出來(lái)，進(jìn)而讓催化劑發(fā)生分解。因?yàn)樾麓呋瘎?huì)阻止這種反應(yīng)，所以它的壽命更長(zhǎng)。
這項(xiàng)研究的論文第一作者、密歇根大學(xué)博士后研究員Ali Hussain Motagamwala指出：“二氧化硅作為鉑錫納米顆粒的載體之前已經(jīng)被嘗試過(guò)，但傳統(tǒng)的合成技術(shù)還不夠精確，無(wú)法使鉑和錫之間的密切相互作用。我們通過(guò)首次合成具有良好相互作用的鉑錫復(fù)合物克服了這一問(wèn)題。然后，我們將這種復(fù)合物支撐在二氧化硅上以生產(chǎn)出一種非常明確的催化劑，它在非氧化丙烷脫氫過(guò)程中具有活性、選擇性和穩(wěn)定性。”
而商業(yè)化的關(guān)鍵將是找到一種方法在催化劑被碳污染后再生它。Linic指出，盡管目前的催化劑壽命很短，但化學(xué)工業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種復(fù)雜的系統(tǒng)，它可以快速有效地再生被污染的催化劑。現(xiàn)在需要為這種新催化劑開(kāi)發(fā)出一個(gè)類(lèi)似的系統(tǒng)。
穩(wěn)定丙烯供應(yīng)
Linic說(shuō)道：“建造能使這一過(guò)程商業(yè)化的工廠將是一項(xiàng)巨大的投資，因此，化工行業(yè)往往進(jìn)展緩慢。這種催化劑非常好，但再生是下一個(gè)大問(wèn)題。”
雖然這種催化劑仍處于研究階段，但它有望增加全球丙烯供應(yīng)。眼下，全球丙烯需求飆升、COVID-19導(dǎo)致的生產(chǎn)問(wèn)題以及墨西哥灣沿岸生產(chǎn)這種化學(xué)品的煉油廠因颶風(fēng)相關(guān)的一系列關(guān)閉已經(jīng)耗盡了全球丙烯供應(yīng)。
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