Bilim insanları, küçük hidrokarbon molekülleri olan olefinlerin doğrudan sentezinde tipik olarak düşük hidrojen atomu ekonomisini (HAE) geliştiren yeni bir demir bazlı katalizör geliştirdiler. Yan ürün olarak üretilen suyu, olefin üretimi için hidrojene dönüştürerek genel verimliliği artırır.
Petrolden elde edilen olefinler birçok plastik ve yakıtın yapı taşlarıdır. Sentez gazının doğrudan dönüşümü – karbon monoksit (CO) ve hidrojen (H) karışımı2)-olefinlere dönüştürülmesi, petrole olan bağımlılığın azaltılmasına yönelik umut verici bir alternatif sunuyor. Olefin üretimi için hammadde olarak kömürden, biyokütleden veya doğal gazdan elde edilen sentez gazının kullanılmasının yollarını açıyor.
Yayınlanan bu çalışmada Bilimaraştırmacılar sodyumla değiştirilmiş bir FeC sundularX@Fe3O4 birlikte çöktürme ve ısıl işlem yoluyla üretilen çekirdek-kabuk katalizörü. Katalizör %75’in üzerinde olefin seçiciliği ve ağırlıkça %33’lük bir hidrokarbon verimi elde etti. Aynı zamanda ~%66-86’lık bir HAE’ye sahipti; bu, geleneksel sentez gazından olefine (STO) dönüştürme yöntemlerinde görülen ~%43-47’den önemli ölçüde daha yüksektir.
Hidrojen atomu ekonomisi (HAE), bir reaksiyonun nihai ürünü oluşturmak için hidrojen atomlarını ne kadar verimli kullandığını ölçer. Daha yüksek HAE, daha fazla ürün ve daha az israf anlamına gelir. Geleneksel STO yöntemleri iki ana nedenden dolayı düşük HAE gösterir. İlk olarak, doğrudan dönüşüm işlemi, yan ürün olarak su üretir; bu, aksi takdirde değerli hidrokarbonlar oluşturabilecek hidrojeni ortadan kaldırır ve düşük HAE’ye yol açar.
İkincisi, olefin sentezi tipik olarak H içeren sentez gazı gerektirir.2/CO oranı 2:1’e yakınken, kömür ve diğer birçok kaynaktan elde edilen sentez gazında genellikle çok daha az hidrojen bulunur (0,8:1’in altında). Bunu telafi etmek için endüstriler daha fazla hidrojen eklemek amacıyla su-gaz değişimi (WGS) reaksiyonunu kullanıyor. Ancak bu adımın bir maliyeti vardır: Genel HAE’yi düşürür, olefin sentezini pahalı hale getirir ve CO üretir.2 bir yan ürün olarak.
Daha iyi HAE için yan ürünlerden yararlanmak
Araştırmacılar sorunu çözüme dönüştürdü. CO ve H’yi dönüştüren su-gaz değişim reaksiyonunu birleştirdiler2O, CO’ya2 ve H2— doğrudan STO ile, olefin üretiminin HAE’sini artırabilecek sinerjik bir sistem yaratılıyor.
Yeni geliştirilen katalizör, sodyumla değiştirilmiş bir FeCX@Fe3O4 çekirdek-kabuk nanoparçacığı, STO tarafından üretilen suyun anında yerinde hidrojene dönüştürüldüğü reaksiyonları tetikledi ve bu da daha fazla olefin oluşumunu tetikledi.
Çekirdek-kabuk nanopartikülünün her katmanının belirli bir rolü vardı. İç FeCX çekirdek STO reaksiyonunu katalize ederek sentez gazını olefinlere dönüştürdü ve H üretti2O bir yan ürün olarak. Su daha sonra gözenekli Fe’ye yayıldı3O4 WGS reaksiyonunu başlatan dış kabuk.
H2Kabuktaki O ayrıca WGS reaksiyonundan gelen fazla CO ile reaksiyona girerek ek H üretti.2 ve CO2. Yeni oluşturulan H2 STO yoluna geri beslendi, harici hidrojen ihtiyacı azaldı ve süreçteki HAE arttı.
Katalizörü sabit yataklı reaktörlerde 623 K, 2 MPa sıcaklık ve basınçta test ettikten sonra araştırmacılar, ~%95 CO ile >%75 olefin seçiciliğinin istenen ürüne dönüştürüldüğünü gördüler. Hidrojen atomu ekonomisi de ~%66-86 aralığına yükseldi. Katalizör performansı 500 saat boyunca sabit kaldı ve ürün başına atık oluşumunu %46 oranında azalttı.
Araştırmacılar, geliştirilen katalizörün daha verimli ve çevreye daha az maliyetli bir WGS-STO bağlantı yolunu mümkün kıldığını belirtiyor. Buhar kullanımını, atık su üretimini ve CO’yu azaltırken daha yüksek HAE sağlar2 mevcut metanolden olefin işlemlerine sürdürülebilir bir alternatif sunuyor.
Sizin için yazarımız Sanjukta Mondal tarafından yazılan, Sadie Harley tarafından düzenlenen ve Robert Egan tarafından doğrulukları kontrol edilen ve gözden geçirilen bu makale, insanların dikkatli çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse lütfen bağış yapmayı düşünün (özellikle aylık). Bir alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesaplayın.
