Kemiske ingeniører fremmer produktionen af ​​olefiner gennem beregningsmodellering

Olefiner er simple forbindelser af brint og kulstof, men repræsenterer kemiens byggesten, og er afgørende for syntesen af ​​materialer fra polymerer og plast til petrokemikalier. Imidlertid, olefinproduktion kræver brug af ikke -fornybare fossile brændstoffer, energikrævende "revner" faciliteter, og begrænset produktionskontrol.

Ny forskning fra University of Pittsburghs Swanson School of Engineering har introduceret en metode til effektivt at screene forskellige katalysatorer, der omdanner lette alkaner til olefiner. Da lette alkaner er rigelige i Marcellus- og Utica -skiferreserverne, denne metode kan give en mere økonomisk løsning til olefinproduktion.

Deres forskning, "Structure-Activity Relationships in Alkane Dehydrogenation on γ-Al2O3:Site-Dependent Reactions" blev for nylig vist på forsiden af ACS katalyse . Den ledende efterforsker er Giannis Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow og adjunkt i kemi- og petroleumsteknik på Swanson School, og medforfattere Mudit Dixit, Ph.d. og Pavlo Kostetskyy, postdoc ved Northwestern University, der fik sin ph.d. i Dr. Mpourmpakis 'CANELa lab.

"Den enorme succes og enorme reserver af skifergas har transformeret det kemiske marked og gjort metan og lette alkaner til et alsidigt råmateriale til produktion af værdiskabende kemikalier, Dr. Mpourmpakis forklarede. "En af de mest lovende veje mod olefiner er dehydrogenering af alkaner på metaloxider, som er den kemiske fjernelse af molekylært brint fra et carbonhydrid. Men denne proces er energikrævende, da den involverer høje temperaturer, og dehydrogeneringsreaktionsmekanismen ikke er godt forstået. Som resultat, ethvert fremskridt i produktionen af ​​olefiner afhænger af langvarige og dyre trial-and-error eksperimenter i laboratoriet."

Ifølge Dr. Mpourmpakis, det har været vanskeligt at bestemme nøjagtigt, hvordan alkan-dehydrogeneringsaktiviteten afhænger af den nøjagtige type af forskellige steder, der er til stede på overfladen af ​​metaloxider, dels på grund af mangfoldigheden af ​​de mange steder. Hans laboratorium anvendte beregningskemi og matematiske modelleringsværktøjer til at forudsige, hvordan alkandehydrogeneringsmekanismer og katalytisk aktivitet ændrer sig på de forskellige steder af oxiderne.

"At være i stand til beregningsmæssigt at screene disse metaloxidoverflader og identificere de nøjagtige katalytiske aktive steder begrænser i høj grad trial-and-error-eksperimenter i laboratoriet, " Dr. Mpourmpakis sagde. "Vi har nu et bedre værktøj til at udvikle aktive katalysatorer til alkan-olefin omdannelse, som kunne være en game-changer i den petrokemiske industri og polymerindustrien."