Новости космоса и технологий. » Химия » Понимание того, как катализатор превращает метан в этен, может предотвратить сжигание природного газа

Понимание того, как катализатор превращает метан в этен, может предотвратить сжигание природного газа

Опубликовал: Admin, 29-10-2020, 01:01, Химия, 42, 0

Понимание того, как катализатор превращает метан в этен, может предотвратить сжигание природного газа

Это будет тройная победа - для климата, сырьевых ресурсов и химической промышленности. Своей работой ученые из Института Фрица Габера Общества Макса Планка в Берлине надеются создать основу для извлечения полезных химических продуктов, таких как пластмассы, из метана, который обычно сжигается во время добычи нефти. Они изучают, как разработать катализатор, который превращает метан в этен более эффективно, чем это возможно в настоящее время. Теперь они нашли ключ к разгадке.

Около 140 млрд кубометров метан , которые улетучиваются при мировой добыче нефти, сжигаются ежегодно. Это значительно больше, чем предполагалось, что Германия потребила в 2019 году 90 миллиардов кубометров природного газа. Это не только способствует изменению климата, но и приводит к потере невозобновляемого ископаемого топлива. Однако было бы невыгодно строить трубопроводы или заводы по сжижению сравнительно небольших количеств метана, попутно извлекаемого на отдельных участках добычи нефти. Однако было бы целесообразно транспортировать метан, если бы его можно было экономично преобразовать в вещества, представляющие интерес для химическая промышленность . Одним из таких веществ является этен, исходный материал для полиэтилена и многих других продуктов. Они производятся почти исключительно из сырой нефти. К сожалению, химическая реакция, при которой метан напрямую превращается в этен, протекает при высоких температурах. «Это не только требует больших затрат энергии, но и приводит к тому, что большая часть метана сгорает с образованием нежелательного побочного продукта CO 2 », - говорит Аннетт Труншке, руководитель исследовательской группы Института Фрица Габера. Общество Макса Планка. «Так что это еще не совсем понятно».

Натрий - важнейший компонент

Химик и ее команда хотят это изменить. Вот почему они нацелились на решающий компонент процесса: катализатор из натрия, марганца, вольфрама и кремния. Это облегчает химическое превращение метана в этен, хотя пока только при 700 ° C. Чтобы разработать катализаторы, работающие на более низкие температуры (т.е. с меньшими затратами энергии) и способствуют только образованию желаемых продуктов, химики сначала должны знать, что важно в катализаторе этой реакции. Согласно исследованиям группы Траншке, этот важнейший компонент - натрий.

«До сих пор существовало несколько теорий о том, какой элемент в катализаторе имеет решающее значение для преобразования метана в этен», - говорит Труншке. «Немного удивило то, что натрий, из всех вещей, был важным компонентом, потому что он должен фактически испаряться при высоких температурах реакции». Однако исследование выявило кое-что еще. При высоких температурах щелочной металл превращается в каталитически активный оксид натрия. Оксид высвобождается только на короткое время и в незначительных количествах из-за тесного взаимодействия с другими компонентами катализатора, и, таким образом, предотвращается его испарение. «Это дает понять, что другие компоненты катализатора необходимы только для высвобождения и стабилизации активной формы катализатора», - говорит Труншке.

Живое подключение к рабочему катализатору

Исследователи пришли к такому выводу, потому что они были первыми, кто увидел катализатор в действии. Используя рамановскую спектроскопию в специально разработанном аппарате, они проанализировали, какие вещества образуются на катализаторе, когда исходные материалы реакции протекают по нему. «До сих пор катализаторы изучались только до и после катализа. Анализы с использованием рамановской спектроскопии при высоких температурах до сих пор проводились только на неработающих катализаторах», - говорит Максимилиан Верни, который проводил эксперименты в рамках своей магистерской диссертации. «Используя рамановскую спектроскопию, мы впервые наблюдали, как создаются продукты».

Как возможность получения живого изображения превращения метана в этен, так и знание катализатора, состоящего из натрия, марганца, вольфрама и кремния, могут помочь химикам разработать химические медиаторы, которые работают при более низких температурах и, таким образом, производят только желаемые , полезные продукты и отсутствие CO 2 более целенаправленно. Один из подходов может заключаться в замене натрия другими щелочными металлами и проверке, производят ли соответствующие катализаторы этен при более низких температурах. «Вам, вероятно, понадобятся другие компоненты, чтобы удерживать металл на месте», - говорит Труншке. Тогда она и ее команда смогут проследить образ действий кандидатов в альтернативные катализаторы. Тогда химики смогут разработать катализатор что поможет предотвратить потери метана при добыче нефти и внесет хотя бы небольшой вклад в защиту климата.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии