اکسید روی: جزء کلیدی برای واکنش سنتز متانول بر روی کاتالیزورهای مس
- نویسنده : به نقل از وبسایت تخصصی phys.org
تولید تجاری کنونی متانول از طریق هیدروژنه شدن گاز گلخانه ای CO2 به کاتالیزوری متشکل از مس، اکسید روی و اکسید آلومینیوم متکی است. اگرچه این کاتالیزور برای چندین دهه در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است، هنوز ناشناخته ها باقی مانده است. تیمی از محققان بخش علوم رابط موسسه فریتز-هابر انجمن ماکس پلانک، دانشگاه رور بوخوم، مرکز شتاب دهنده خطی استنفورد (SLAC)، FZ Juelich و آزمایشگاه ملی بروکهاون اکنون منشاء کاتالیزور جذاب را روشن کرده اند. روند فعالیت و گزینش پذیری نانوکاتالیست های پیچیده در حین کار به طور خاص، آنها نقش پشتیبانی اکسید را روشن کردند و نشان دادند که چگونه تولید متانول می تواند تحت تأثیر مقادیر اندکی از اکسید روی در تماس نزدیک با مس قرار گیرد.
متانول می تواند به عنوان یک منبع انرژی یا به عنوان ماده خام برای تولید سایر مواد شیمیایی عمل کند و سالانه بیش از 60 میلیون تن متریک تولید می شود. کاتالیزور سنتی مس، اکسید روی و اکسید آلومینیوم، گاز سنتز را که از H2، CO و CO2 تشکیل شده است، به متانول تبدیل می کند. اگرچه قابل اعتماد است، اما راندمان این کاتالیزور خاص در طول زمان تغییر می کند و در نتیجه بر طول عمر آن تأثیر می گذارد، همانطور که در مورد بسیاری از کاتالیزورها وجود دارد. "بنابراین ما نانوذرات مس و مخلوط مس و روی را روی پایههای اکسیدی مختلف مورد مطالعه قرار دادیم تا بفهمیم چگونه آنها برهمکنش میکنند و تکامل مییابند و نقش هر یک از اجزای کاتالیزور را آشکار میکنیم. این دانش برای بهبود کاتالیزورهای آینده مفید خواهد بود." نوریا جیمنز دیوینز، یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه می گوید.
این تیم فرآیند کاتالیزوری را تحت شرایط واکنش واقعی با بازتولید موارد اعمال شده در فرآیند صنعتی، یعنی فشارهای بالا (20 تا 60 بار) و دماهای ملایم، بررسی کردند. این نیاز به تابش اشعه ایکس تولید شده توسط سنکروترون داشت. Simon R. Bare از منبع نور تابش سنکروترون استانفورد، که در این آزمایشها مشارکت داشت، توضیح میدهد: «واکنشها در چنین دما و فشارهای بالا باید در یک ظرف دربسته انجام شوند که همچنین باید برای اشعه ایکس شفاف باشد، که اندازهگیریها را انجام میدهد. طراحی راکتور ویژه در ترکیب با تشعشعات سنکروترون به ما این امکان را میدهد تا به اصطلاح اندازهگیریهای operando را انجام دهیم، جایی که به صورت زنده تماشا میکردیم که چه اتفاقی برای اجزای کاتالیزوری در شرایط واکنش صنعتی مرتبط میافتد. این به محققان اجازه داد تا نه تنها تولد و مرگ کاتالیزور، بلکه توسعه و دگرگونی های آن را که منجر به تغییر در فعالیت و گزینش آن می شود، دنبال کنند.
با ترکیب نتایج حاصل از میکروسکوپ، طیفسنجی و اندازهگیریهای کاتالیزوری، این تیم دریافتند که برخی از پایهها تأثیر مثبت بیشتری بر عملکرد کاتالیزور نسبت به سایرین دارند، زیرا چگونه با اکسید روی که به صورت بسیار رقیق در دسترس بود، به عنوان بخشی از نانو ذرات مس – روی روی پایههای اکسید سیلیکون، اکسید روی تا حدی به روی فلزی کاهش یافت یا در طول فرآیند کاتالیزوری باعث ایجاد آلیاژ برنج شد که در طول زمان ثابت شد که برای تولید متانول مضر است. هنگام استفاده از اکسید آلومینیوم به عنوان تکیه گاه، روی به شدت با تکیه گاه تعامل می کند و در شبکه آن گنجانده می شود و باعث تغییر در گزینش واکنش نسبت به دی متیل اتر می شود. دیوید کردوس، نویسنده ارشد دیگر این مطالعه و دکترا می گوید: «این یک یافته جالب است. دانشجوی گروه علوم رابط در FHI. "ما اکنون می دانیم که انتخاب ماده پشتیبانی بر نحوه رفتار اجزای فعال کاتالیزور و سازگاری دینامیکی با شرایط واکنش تاثیر دارد. به خصوص وضعیت اکسیداسیون روی به شدت تحت تاثیر این موضوع است که باید برای طراحی کاتالیزور آینده در نظر گرفته شود. "
این کار منتشر شده در Nature Communications نشان میدهد که اکسید روی نیازی به در دسترس بودن به عنوان بخشی از پشتیبانی ندارد، اما همچنان عملکرد مفیدی دارد، حتی زمانی که به شکل بسیار رقیق به عنوان بخشی از خود کاتالیزور نانوذرات موجود باشد. این به روشن شدن بهتر کاتالیزورهای سنتز متانول کمک می کند و به طور بالقوه منجر به بهبود کاتالیزور برای این فرآیند مهم صنعتی می شود.
شبکه های اجتماعی شیمیایی پیام
برای ما پیام بفرستید
لطفا راه ارتباط ما با خودتان را در پیامتان مشخص کنید