Ultrastabil, udviklet selektiv katalysator til propandehydrogenering

En gruppe japanske forskere har udviklet en ultrastabil, selektiv katalysator til at dehydrogenere propan - en essentiel proces til fremstilling af det vigtigste petrokemiske stof i propylen - uden deaktivering, selv ved temperaturer på mere end 600 grader C.

Propylen er et vigtigt råmateriale til plast, syntetisk gummi, overfladeaktive stoffer, farvestoffer og lægemidler. I de seneste år, der har været en øget efterspørgsel efter propylen fremstillet af billigere, skiferoprindet propan. Reaktionstemperaturer på mere end 600 grader C er nødvendige for at opnå tilstrækkelige propylenudbytter, men under disse barske forhold, Alvorlig katalysatordeaktivering er uundgåelig på grund af kulstofaflejring og/eller sintring. Katalysatorer i praktisk brug, derfor, skal regenereres enten kontinuerligt eller i korte cyklusser, gør processen ineffektiv og dyr.

I nærværende undersøgelse, gruppen, inklusive en masterstuderende Yuki Nakaya og lektor Shinya Furukawa ved Hokkaido University's Institute for Catalysis, fokuseret på intermetallerne (PtGa) af platin (Pt) og gallium (Ga), som har unikke egenskaber og strukturer. PtGa har en høj termisk stabilitet og dens struktur ændres ikke, selv under høje temperaturer. Det er også kendt for at have to slags katalytiske steder på overfladen:et sted med tre Pt-atomer (Pt3-sted) og et med enkeltatom-lignende isoleret Pt (Pt1-sted).

Gruppen antog, at hvis Pt3-stederne - som letter kulstofaflejring ud over at producere propylen - er deaktiveret for kun at tillade Pt1-steder at fungere, katalysatoren vil være ultrastabil og også i stand til at forhindre kulstofaflejring. Gruppen prøvede forskellige metaller og katalysatorsyntesemetoder for kun at bevare Pt1-stedets funktion.

Den nyudviklede katalysator (PtGa-Pb/SiO ₂ ), som er silica-understøttet og fremstillet ved at tilføje bly (Pb) til overfladen af ​​PtGa, udviser ingen deaktivering ved dehydrogenering af propan ved 600 grader C. Katalysatoren opretholdt den indledende omdannelseshastighed på 30 procent i 96 timer efter reaktionens start, som er væsentligt mere stabil end konventionelle katalysatorer. Propylenselektiviteten er så høj som 99,6 procent med få bivirkninger, herunder kulstofdeposition. Resultaterne viste, at denne katalysator producerer verdens bedste ydeevne ved temperaturer på 580 grader C eller højere. I særdeleshed, dens levetid er mere end dobbelt så lang som den tidligere rapporterede rekordlange levetid for sådanne katalysatorer. Desuden, katalysatoren kan fremstilles lige så billigt som konventionelle katalysatorer. Deres strukturelle analyse bekræftede Pt3-steder, ikke Pt1-steder, var dækket og deaktiveret af Pb, som de forventede.

"Vores konstatering kan føre til en mere effektiv og billigere industriel proces til fremstilling af propylen fra propan uden behov for katalysatorregenerering - som er langt overlegen med hensyn til selektivitet og stabilitet end konventionelle, " siger Furukawa. "Desuden, denne metode kan anvendes til dehydrogenering af andre lavere alkaner såsom ethan og isobutan, dermed bidrage til den petrokemiske industris udvikling."

Undersøgelsen er publiceret i Naturkommunikation .