甲醇是一种用处极广的基本化工品，既是部分塑料、酸类的重要原料，又可以作为汽车、船舶和伙食炉具的干净燃料，同时还广泛用于工业溶剂和污水处理。 然而，今朝工业界临盆甲醇的主流路线极为耗能且流程复杂，起点同样是甲烷气体。 在传统工艺中，甲烷起首在约800摄氏度的高温水蒸气中被裂解成二氧化碳和氢气，然后在另一套装配中，在约200至300个大年夜气压的高压下，经催化反响从新组合生成甲醇分子。 固然这一路线技巧成熟，但保持如斯高温高压本身就要消费大年夜量能源，同时还会排放大年夜量二氧化碳，与日益严格的减排诉求背道而驰。
接下来，团队将持续优化体系机能，并摸索若何高效收受接收和分别高纯度甲醇产品。 相干研究成果已揭橥于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。
科学界一向在寻找一种更简单、能耗更低的替代筹划，但甲醇临盆本身又存在另一重难题。 在严苛前提下分化甲烷固然不易，即便成功生成甲醇，甲醇分子本身也极为活泼，很轻易持续产生反响，被进一步氧化成二氧化碳。 这意味着工艺不仅要“打坏”甲烷，还要在恰当的时光“踩刹车”，及时终止反响过程，这在工程上并不轻易实现。
为了进一步晋升效力，团队还向体系中引入了氩气。 在惯例前提下氩气化学性质惰性极高，但在等离子体情况中它会介入反响，有助于稳定放电过程并克制不须要的副反响。 在这种工况下，体系对甲醇的选择性明显进步，同时还能生成少量具有应用价值的副产品，例如氢气和乙烯。
针对这两个关键挑衅，西北大年夜学团队提出了一套堪称“瓶中闪电”的新体系。 研究人员不再依附极端的高温高压，而是在充斥水的反响器中，经由过程短促而高能的电脉冲在玻璃管内产生等离子体——这是一种类似闪电的高能态物质形态。 在反响器内部，甲烷气体被通入一根多孔玻璃管，管壁外面负载铜氧化物催化剂；当高压电脉冲施加时，管内气体刹时被转化为等离子体，使甲烷和水分子同时被打坏，形成高度活泼的碎片。
这些碎片会在极短时光内从新结合生成甲醇，而反响器中的水则急速将生成的甲醇“消融收走”。 研究团队指出，这种快速接收至关重要，相当于把反响“冻结”在幻想节点，防止甲醇持续被氧化为二氧化碳，从根本上绕开了传统工艺难以避免的过度反响问题。
论文合著者戴恩·斯韦勒（Dayne Swearer）表示，除了甲醇，体系还产出了乙烯和氢气，以及少量丙烷，这些本身都是价值更高的化工品或燃料。 乙烯是临盆塑料的重要前体单体，氢气则是关键的大年夜宗基本化学品，同时也是一种零碳燃料。 他强调：“我们用异常丰富的甲烷气体，换来了甲醇、乙烯、氢气和少量丙烷，这些产品本身都更有经济价值。”
从整体来看，这项技巧被视为甲醇制备范畴的重要进步一步。 起首，它从根本上撤消了对极端高温高压的需求，大年夜幅降低了临盆成本、能耗和情况萍踪。 其次，新工艺将本来多级、繁复的流程紧缩为近似一步反响：甲烷在同一体系中直接转化为甲醇，同时尽量削减了无用或有害的副产品。
今朝，这套“瓶中闪电”装配仍逗留在实验室范围，但假如将来能顺利放大年夜，有望实现当场转化甲烷的分布式体系。 研究人员假想，这类装配可以安排在偏远或存在甲烷泄漏的地点，将这种丰富却高效温室气体，直接转化为价值可不雅的工业化学品。 斯韦勒指出，当前处理泄漏甲烷的惯例做法，是就地点燃把甲烷转化为二氧化碳，固然温室效应略低于甲烷，但仍会加剧气候变暖。 而假如把小型反响器直接送到泄漏源，就能把本会被直接燃烧的甲烷，变成可运输的液体燃料。
发表评论 取消回复