Elektroreduktion af kulilte til den meget selektive produktion af ethylen

Ethylen, eller ethene, er et primært råstof til den kemiske industri, herunder som udgangsmateriale til fremstilling af en lang række plastmaterialer. I journalen Angewandte Chemie , forskere har nu introduceret en ny elektrokemisk teknik til selektiv og energieffektiv produktion af ethylen fra kulilte, som kan hentes fra vedvarende ressourcer og affald.

Fra både økonomiske og miljømæssige synspunkter, omdannelse af kulilte (CO) til ethylen ved hjælp af energieffektive metoder er en nøgleproces for anvendelse af ikke-petrokemiske råvarer. I dag, ethylen fremstilles typisk ved dampkrakning af naphtha, der stammer fra petroleumraffinaderier. I denne proces, langkædede kulbrinter opdeles i kortere kæder ved 800 til 900 ° C. Alternativt kan ethylen kan fremstilles ud fra syntesegas - en blanding af CO og hydrogen opnået ved kulgasning - selvom den også kan fås fra biogas, træ, og affald som kulstofkilder.

Fischer-Tropsch-processen kan bruges til at omdanne syntesegas til en blanding af kulbrinter, herunder ethylen. Ulemperne ved denne metode er de energiintensive betingelser på 200 til 250 ° C, 5 til 50 bar tryk, og forbruget af værdifuldt brint. Ud over, maksimalt 30% af produkterne er de foretrukne C2 -carbonhydrider (ethylen og ethan). Dannelse af længere kæder kan ikke forhindres, processen med at adskille ethylen er kompleks, og 30-50% CO ₂ produceres også, som er en uønsket emission og repræsenterer spild af kulstof.

Forskere, der arbejder med Dehui Deng ved Xiamen University og Dalian Institute of Chemical Physics fra det kinesiske videnskabsakademi, har nu introduceret en ny tilgang til en direkte elektrokatalytisk proces til den yderst selektive produktion af ethylen. I denne metode, CO reduceres med vand ved stuetemperatur og standardtryk, ved hjælp af en kobberkatalysator og elektrisk strøm.

Ved at optimere strukturen af ​​deres gasdiffusionselektrode, forskerne var i stand til at opnå en uovertruffen faradaisk effektivitet (ladningsoverførselseffektivitet inden for en elektrokemisk reaktion) på 52,7%, og de sprængte grænsen på 30% for C ₂ selektivitet. Ingen CO ₂ emission forekommer. Fremgangsmådenes succes afhænger af et mikroporøst lag af kulfiber med en optimalt afstemt hydrofobicitet, som fungerer som understøtning for katalytisk aktive kobberpartikler, og en optimeret kaliumhydroxidkoncentration i den vandige fase. Dette øger CO -koncentrationen ved elektroden og øger koblingen mellem carbonatomerne. Biprodukterne fra denne reaktion, ethanol, n-propanol, og eddikesyre, er væsker, muliggør let adskillelse af gasformig ethylen.