Исследователи из Университета Манчестера разработали катализатор, который преобразует биомассу в источники топлива с очень высокой эффективностью и предлагает новые возможности для производства новых возобновляемых материалов.
Нейтронографические эксперименты по национальной лабораторией Министерства энергетики в Оук-Ридж играет ключевую роль в определении химической и динамику поведения цеолитсодержащий катализатор — цеолит общего пористый материал, используемый в коммерческих катализ — предоставить информацию для максимизации своей производительности.
Оптимизированный катализатор, называемый NbAlS-1, преобразует биомассу сырья в легкие олефины — класс нефтехимии, такие как этен, пропен и бутен, используется для пластмасс и жидких топлив. Новый катализатор имеет впечатляющую доходность более чем на 99%, но требует значительно меньше энергии по сравнению с предшественниками. Исследования опубликована в журнале Nature материалы.
«Промышленность в значительной степени зависит от использования легких олефинов из нефти, но их производство может оказывать негативное воздействие на окружающую среду», — сказал ведущий автор Longfei Лин в Университете Манчестера. «Предыдущие катализаторы, которые производят Бутен из очищенных кислородсодержащие соединения, требуется много энергии, или чрезвычайно высоких температурах. Этот новый катализатор непосредственно преобразует исходные кислородсодержащие соединения, используя гораздо более мягких условиях и с значительно меньше энергии и более экологически чистый.»
Биомасса-это органические вещества, которые могут быть преобразованы и использованы в качестве топлива и сырья. Это обычно происходит от остатков сельскохозяйственных отходов, таких как дерево, трава и солома, ломается и попадает в катализатор, который преобразует его в Бутен — богатый энергией газа, используемого в химической и нефтехимической промышленности в производстве пластмасс, полимеров и жидких топлив, которые в противном случае, выработанных из нефти.
Как правило, химическая реакция требует огромного количества энергии, чтобы разорвать прочные узы, сформированные из таких элементов, как углерод, кислород и водород. Некоторые облигации могут потребоваться нагрев до 1000°с (более 1800°F) и горячее, до связи разрываются.
Для зеленого дизайна, команда легированных катализатора путем замены атомов кремния цеолита с ниобия и алюминия. Подмена создает химически неравновесное состояние, что способствует разделение облигаций и резко снижает потребность в высокой степени термической обработки.
«Химия, которая происходит на поверхности катализатора могут быть очень сложными. Если вы не будете осторожны в контроле такие вещи, как давление, температура и концентрации, вы будете в конечном итоге делает очень мало Бутен», — сказал научный сотрудник Национальной лаборатории Ок-Риджа Вэньчжоу Чэн. «Чтобы получить высокий урожай, нужно оптимизировать процесс, а также оптимизировать процесс вы должны понять, как этот процесс работает.»
Нейтроны хорошо подходят для изучения химических реакций этого типа из-за их глубоко проникающими свойствами и их острая чувствительность к свету элементы, такие как водород. Спектрометр зрения скалывания источника нейтронов ORNL, США позволило исследователям точно определить, какие химические связи присутствуют и как они вели себя на основе облигаций вибрационных подписей. Эта информация позволила им восстановить химические последовательности, необходимой для оптимизации производительности катализатора.
«Много проб и ошибок, связанных с проектированием такого высокопроизводительного катализатора, такого как тот, который мы уже разработали», — сказал автор Сыхай Янг в Университете Манчестера. «Чем больше мы понимаем, как катализаторы работают, тем больше мы можем руководить процессом разработки нового поколения материалов».
Синхротронной рентгеновской дифракции в Diamond Великобритании источник света был использован для определения атомной структуры катализатора и дополнительных измерений рассеяния нейтронов были выполнены в Лаборатории Резерфорда-Эплтона в ИГИЛ нейтронного и мюонного источника.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!