Flydende metaller ryster århundredgamle kemiske ingeniørprocesser op
Flydende metaller kunne være den længe ventede løsning til at "grønne" den kemiske industri, ifølge forskere, der testede en ny teknik, som de håber kan erstatte energikrævende kemiske ingeniørprocesser, der går tilbage til det tidlige 20. århundrede.
Kemisk produktion tegner sig for cirka 10-15 % af de samlede drivhusgasemissioner. Mere end 10% af verdens samlede energi bruges også i kemiske fabrikker.
Resultater offentliggjort i Nature Nanotechnology tilbyde en tiltrængt innovation, der bevæger sig væk fra gamle, energikrævende katalysatorer lavet af solide materialer. Forskningen ledes af professor Kourosh Kalantar-Zadeh, leder af University of Sydneys School of Chemical and Biomolecular Engineering, og Dr. Junma Tang, der arbejder sammen ved University of Sydney og UNSW.
En katalysator er et stof, der får kemiske reaktioner til at ske hurtigere og nemmere uden at deltage i reaktionen. Faste katalysatorer, typisk faste metaller eller faste forbindelser af metaller, bruges almindeligvis i den kemiske industri til fremstilling af plast, gødning, brændstoffer og råmaterialer.
Kemisk produktion ved hjælp af faste processer er imidlertid energikrævende og kræver temperaturer på op til tusind grader celsius.
Den nye proces bruger i stedet flydende metaller, i dette tilfælde opløser tin og nikkel, hvilket giver dem enestående mobilitet, hvilket gør dem i stand til at migrere til overfladen af flydende metaller og reagere med inputmolekyler såsom rapsolie. Dette resulterer i rotation, fragmentering og gensamling af rapsoliemolekyler til mindre organiske kæder, herunder propylen, et højenergibrændstof, der er afgørende for mange industrier.
"Vores metode giver den kemiske industri en enestående mulighed for at reducere energiforbruget og gøre kemiske reaktioner grønnere," sagde professor Kalantar-Zadeh.
"Det forventes, at den kemiske sektor vil stå for mere end 20% af emissionerne i 2050," sagde professor Kalantar-Zadeh. "Men kemisk fremstilling er meget mindre synlig end andre sektorer - et paradigmeskift er afgørende."
Sådan fungerer processen
Atomer i flydende metaller er mere tilfældigt arrangeret og har større bevægelsesfrihed end faste stoffer. Dette giver dem mulighed for nemt at komme i kontakt med og deltage i kemiske reaktioner. "Teoretisk set kan de katalysere kemikalier ved meget lavere temperaturer - hvilket betyder, at de kræver langt mindre energi," sagde professor Kalantar-Zadeh.
I deres forskning opløste forfatterne nikkel og tin med højt smeltepunkt i et galliumbaseret flydende metal med et smeltepunkt på kun 30°C.
-
Anbringelse af flydende gallium i en petriskål via sprøjte. Kredit:University of Sydney/Philip Ritchie -
Ryst flydende gallium i en petriskål. Kredit:University of Sydney/Philip Ritchie
"Ved at opløse nikkel i flydende gallium fik vi adgang til flydende nikkel ved meget lave temperaturer - og fungerede som en "super" katalysator. Til sammenligning er fast nikkels smeltepunkt 1.455°C. Den samme effekt opleves også i mindre grad. for tinmetal i flydende gallium," sagde Dr. Tang.
Metallerne blev spredt i flydende metalopløsningsmidler på atomniveau. "Så vi har adgang til enkelt atom katalysatorer. Enkelt atom er det højeste overfladeareal tilgængelighed for katalyse, som tilbyder en bemærkelsesværdig fordel for den kemiske industri," sagde Dr. Arifur Rahim, senior forfatter og DECRA Fellow ved School of Chemical and Biomolecular Engineering .
Forskerne sagde, at deres formel også kunne bruges til andre kemiske reaktioner ved at blande metaller ved hjælp af lavtemperaturprocesser.
"Det kræver så lav temperatur at katalysere, at vi teoretisk set kunne gøre det i køkkenet med gaskomfuret - men prøv det ikke derhjemme," sagde Dr. Tang.
Flere oplysninger: Dynamiske konfigurationer af metalliske atomer i flydende tilstand til selektiv propylensyntese, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01540-x
Journaloplysninger: Naturenanoteknologi
Leveret af University of Sydney
Varme artikler
-
Nye fund om strukturen af grafitoxider i alkoholer(Phys.org) – Strukturen af grafitoxid udvider sig overraskende, når den afkøles i methanol eller ethanol. Også, grafitoxid absorberer selektivt methanol fra vand-methanolblandinger. To nye undersøge -
Nanorør fiberantenner lige så dygtige som kobberRice University kandidatstuderende Amram Bengio opsætter en nanorør fiberantenne til test. Forskere ved Rice og National Institute of Standards and Technology har fastslået, at nanorørfibre fremstille -
Ny aptamer-SERS detektionsprotokol til at detektere leverbetændelse relateret miR-122Skematisk illustration af SERS-detektion af exosomal miR-122 i mus udsat for røntgenbestråling. Kredit:Muhammad Et team ledet af prof. Huang Qing ved Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) un -
Ny vej til solenergi via solcelleanlægDisse billeder i nanoskala af tyndfilm af vismutferrit viser ordnede arrays med 71 graders domænevægge (til venstre) og 109 graders domanvægge (til højre). Ved at ændre bismuthferritens polarisationsr