Forskning i flydende metaller er banebrydende inden for bæredygtig kemisk fremstilling med metalforstærkede katalysatorer

Et team af medforfattere fra fem forskellige lande har afsløret et nyt designkoncept for katalysatorer, der anvendes i den industrielt afgørende methanol-til-carbonhydrid-proces, som muliggør produktion af højefterspørgsel efter kemiske råvarer fra methanol, der er rigeligt af kilder.

"En bemærkelsesværdig 14-dobling af katalysatorens levetid blev opnået ved at anvende flydende gallium som en promotor, hvilken molekylær-niveau virkninger på arbejdskatalysatoren blev afsløret gennem minutiøse in situ spektroskopiske undersøgelser udført på Charles University," sagde en af ​​forfatterne til undersøgelsen Mariya Shamzhy fra Charles University Center of Advanced Materials, Det Naturvidenskabelige Fakultet.

I et betydeligt fremskridt inden for kemiteknik har forskere afsløret en ny tilgang til at forbedre effektiviteten og bæredygtigheden af ​​MTH-processen, en nøglemetode til at omdanne methanol til værdifulde kemikalier og brændstoffer. Denne forskning viser brugen af ​​metaller med lavt smeltepunkt, såsom gallium (Ga), til væsentligt at forbedre ydeevnen og levetiden for de katalysatorer, der er involveret i MTH-processen. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

Traditionelt har MTH-processen været afhængig af zeolitkatalysatorer. Selvom disse katalysatorer er effektive, lider de af hurtig deaktivering forårsaget af koksaflejring, hvilket nødvendiggør hyppige og dyre regenereringsbehandlinger. Den innovative tilgang introduceret af forskerholdet udnytter galliums unikke egenskaber til at bremse aflejringen af ​​koks og forbedre desorptionen af ​​kulstofholdige arter fra zeolitkatalysatorerne. Dette forlænger ikke kun katalysatorernes driftslevetid, men øger også processens samlede effektivitet og bæredygtighed.

Et nøgleresultat af forskningen var, at fysisk blanding af ZSM-5-zeolit ​​med flydende gallium resulterede i en katalysator, der viste en forlænget levetid i MTH-reaktionen, som øgedes med en faktor på op til ca. 14 gange sammenlignet med de traditionelle ZSM-5-zeolitkatalysatorer . Denne bemærkelsesværdige forbedring åbner døren til mere omkostningseffektive og miljøvenlige kemiske fremstillingsprocesser.

Implikationerne af denne forskning er dybe, og tilbyder en alternativ vej til design og fremstilling af deaktiveringsresistente zeolitkatalysatorer. Ved at reducere behovet for regelmæssige regenereringsbehandlinger sænker denne metode ikke kun produktionsomkostningerne, men reducerer også det miljømæssige fodaftryk forbundet med kemisk fremstilling.

Dette gennembrud repræsenterer et afgørende skridt fremad i jagten på mere bæredygtige og effektive kemiske produktionsmetoder. Det understreger potentialet i at integrere nye materialer og innovative teknikker for at overvinde mangeårige udfordringer i branchen.

Forskerholdets resultater giver en lovende vej frem for udviklingen af ​​næste generations katalysatorer, som vil spille en afgørende rolle i bæredygtig fremstilling af værdifulde kemiske produkter fra methanol.

"Det nye koncept for udnyttelse af flydende metaller som promotorer af zeolitkatalysatorer introducerer spændende muligheder for udvikling af mere effektive og robuste katalytiske systemer til en lang række industrielle processer," konkluderede en af ​​de tilsvarende forfattere, Vitaly V. Ordomsky fra Université de Lille, Unité de Catalyze og Chimie du Solide.

Flere oplysninger: Yong Zhou et al., Flydende metaller til at øge stabiliteten af ​​zeolitkatalysatorer i omdannelsen af ​​methanol til kulbrinter, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46232-9

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Charles University