Methanthiol, et potentielt nyt råstof i C1 -kemi

Katalytisk omdannelse af molekyler med ét carbonatom, såsom metan, kuldioxid (CO ₂ ), methanol (CH ₃ OH) og andre til kemikalier af højere værdi er af stor betydning for en levedygtig og bæredygtig kemisk industri. Ph.d. kandidat Miao Yu, fra TU/e ​​Institut for Kemiteknik og Kemi, udforskede syntesen af ​​en alternativ byggesten, methanthiol (CH ₃ SH) - svovlanalogen for CH ₃ OH - fra billige og rigelige råvarer samt den videre omdannelse af CH ₃ SH til olefiner, som er meget udbredt til fremstilling af plast. Udviklingen af ​​katalysatorer til begge kemiske reaktionstrin danner grundlaget for nye industrielle kemiske processer. Yu vil forsvare sin ph.d. speciale den 2. december 2020.

Ud over dets kapacitet til at blive omdannet til olefiner, CH ₃ SH bruges som en vigtig råvare til svovlholdige produkter i fødevareindustrien. I øjeblikket, det produceres ved thiolation af CH ₃ Åh, en proces, der gør det for dyrt til storstilet produktion. Direkte syntese af CH ₃ SH fra simple kemikalier som kulilte og hydrogensulfid blev allerede forsøgt for 30 år siden. Dette førte til udviklingen af ​​en klasse af alkali-fremmet molybdensulfid (K/MoS2) katalysatorer, som, trods deres løfte, har endnu ikke gjort den direkte synteseproces konkurrencedygtig nok i forhold til den konventionelle methanol -rute.

Til det næste trin, Yu udforskede reaktionsmekanismen for CH ₃ SH -syntese i detaljer ved avancerede spektroskopiske og mikroskopiske teknikker. Disse grundige undersøgelser gav et overraskende resultat:i stedet for kalium (K), cæsium (Cs) viser en meget bedre ydeevne med at fremme aktiviteten af ​​MoS ₂ katalysatorer. I øvrigt, det viste sig, at MoS ₂ komponent er slet ikke nødvendig - alkalisulfider alene kan katalysere CH ₃ SH syntese. Disse indsigter gør det muligt at udvikle nye katalysatorer, der er meget mere omkostningseffektive, bringe os et skridt tættere på storstilet CH ₃ SH syntese.

Nu hvor der er udsigt til CH ₃ SH til at blive en billig råvare, det er værd at undersøge omdannelsen af ​​dette simple molekyle til ethylen, som er den vigtigste byggesten til polyethylen. Til denne ende, det er nødvendigt at lave kulstof-kulstofbindinger. I betragtning af analogien mellem CH ₃ OH og CH ₃ SH, Yu forsøgte at efterligne den allerede industrialiserede methanol-til-olefiner (MTO) proces. En stor opdagelse var, at særlige zeolitter med små porer har kapaciteten til at katalysere omdannelsen af ​​CH ₃ SH til ethylen med høj selektivitet i en ny kemisk proces kaldet "methanethiol-to-olefins (MtTO) -reaktionen."

Med sin forskning, Yu viser potentialet for CH ₃ SH til at blive et nyt C1 -råstof til den kemiske industri. Indirekte, dette kan bidrage til at reducere drivhusgasemissionerne, fordi det er muligt at bruge CO ₂ kan også bruges som C1 -råmateriale. En næste udfordring er den direkte syntese af methanthiol fra CO ₂ at intensivere den samlede proces.