En nøgle til billigere vedvarende brændstoffer:Hold jern fra at ruste

Washington State University forskere har taget et vigtigt første skridt i økonomisk omdannelse af plantematerialer til brændstoffer:at holde jern fra at ruste.

Forskerne har bestemt, hvordan man forhindrer jern i at ruste i vigtige kemiske reaktioner, der er nødvendige for at omdanne plantematerialer til brændstoffer, hvilket betyder, at det billige og let tilgængelige element kunne bruges til omkostningseffektiv biobrændselskonvertering.

Anført af Yong Wang, Voiland Fremstående professor i Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, og Shuai Wang fra State Key Laboratory for Physical Chemistry of Solid Surfaces ved Xiamen University, forskerne rapporterer om deres arbejde på forsiden af ​​juli -udgaven af ACS -katalyse .

Forskere har forsøgt at finde mere effektive måder at skabe brændstoffer og kemikalier ud fra vedvarende plantebaserede ressourcer, såsom fra alger, afgrødeaffald, eller skovrester. Men, disse biobaserede brændstoffer har en tendens til at være dyrere med mindre energitæthed end fossile brændstoffer.

En stor hindring for at bruge plantebaserede råvarer til brændstof er, at ilt skal fjernes fra dem, før de kan bruges.

"Du vil bruge den billigste katalysator til at fjerne ilt, "sagde Jean-Sabin McEwen, en medforfatter på papiret og lektor ved Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering. "Jern er et godt valg, fordi det er super rigeligt."

Jernbaserede katalysatorer viser et stort løfte om at kunne fjerne ilt, men fordi plantematerialerne også indeholder ilt, jernet oxiderer, eller ruster, under reaktionen, og så holder reaktionen op med at virke. Tricket er at få jernet til at fjerne iltet fra planterne uden at optage så meget ilt, at reaktionen stopper.

I deres arbejde, forskerne forankrede deres jernkatalysator med en kulstofstruktur, der blev modificeret til at inkorporere nitrogen. Strukturen ændrer jernets egenskaber, så det interagerer mindre med ilt, mens det fortsætter med at udføre det nødvendige arbejde med at fjerne ilt fra plantematerialet. Forskerne brugte nitrogenet som en slags kontrolskive til at indstille jernets interaktion med ilt.

I et andet nyligt udgivet papir i Kemisk videnskab ledet af Yong Wang og Junming Sun, en forskningsassistent professor ved Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, forskerne opdagede en holdbar jernbaseret katalysator med et tyndt carbongrafenlag omkring det. Grafenlaget beskyttede jernet, mens cæsiumioner tillod forskerne at skræddersy dets elektroniske egenskaber til den ønskede reaktion.

"Vi ringede ned til iltreaktionen, "Solen sagde." Ved at beskytte jern og justere dets egenskaber, disse værker danner det videnskabelige grundlag for at bruge rigeligt og omkostningseffektivt jern på jorden som katalysatorer til omdannelse af biomasse. "

Forskerne arbejder nu på at bedre forstå kemien i reaktionerne, så de yderligere kan øge jernkatalysatorernes reaktivitet. De skal også prøve deres katalysatorer med rigtige råvarer i stedet for de modelforbindelser, der blev brugt til undersøgelsen. Råvarer, der indsamles fra landbrugsmarker, vil være mere komplicerede i deres sammensætninger med mange urenheder, og forskerne skulle også integrere deres katalysator i en række trin, der bruges i konverteringsprocessen.

"Vi forsøger at gøre konverteringen så økonomisk som muligt, "Wang sagde." Nøglen forsøger at finde robuste katalysatorer baseret på billige, jord rigelige elementer. Dette er et første skridt i den retning. "