Forskere ved University of Minnesota Twin Cities har opdaget en ny metode, hvormed en katalysator kan bruges til selektivt at brænde et molekyle i en blanding af kulbrinter, som er forbindelser fremstillet af brint- og carbonatomer.
Denne nye metode kan hjælpe med at fjerne forurenende stoffer og forbedre effektiviteten af industrielle processer, lige fra produktionen af brændstoffer og medicin til gødning og plast.
Forskningen offentliggøres i Videnskab.
Ved at bruge en vismuthoxidkatalysator – et stof, der fremskynder en kemisk reaktion – kan forskerne selektivt forbrænde et molekyle i en blanding af brændbare forhold. Forskerne viste, at du effektivt kan forbrænde selv små mængder acetylen i blandinger med ethylen. Fjernelse af acetylen er en afgørende proces for at forhindre forgiftning af polymerisationskatalysatorer, hvilket er afgørende for produktionen af polyethylenplast, et marked, der overstiger 120 millioner tons årligt.
“Ingen andre har vist, at du kunne forbrænde en carbonhydrid, der er til stede i lave koncentrationer, i blandinger med andre,” sagde Aditya Bhan, en fremtrædende Professor i McKnight University i Institut for Chemical Engineering and Materials Science og Lead Investigator på papiret.
Konventionelt bruges forbrændingsprocesser til at forbrænde alle carbonhydridbrændstofblandinger ved høje temperaturer for at producere varme. Brugen af en katalysator gjorde det muligt for forskerne at tackle udfordringen med at brænde det ene molekyle, men ikke de andre. Bismuthoxidkatalysatoren er unik, da det giver sit eget ilt under forbrænding snarere end at bruge ilt fra en udvendig kilde i en proces kaldet kemisk looping.
“Vi var i stand til at tage ilt ud af katalysatoren og sætte den tilbage i flere gange, hvor katalysatoren ændrer Minnesota Chemical Engineering Ph.D. Kandidat og første forfatter på papiret.
Traditionelt er det meget udfordrende og energikrævende at eliminere små koncentrationer af forurenende stoffer, men denne nye metode kan give et mere energieffektivt alternativ.
“Du ønsker at gøre denne proces selektivt. Fjernelse af acetylen og andre spormoncarbonhydridforurenende stoffer på denne måde kan være mere energieffektive,” sagde Matthew Neurock, en professor i Institut for Chemical Engineering and Materials Science og Senior medforfatter på papiret. “Du vil bare være i stand til at gå ind i en gasblanding for at fjerne nogle molekyler uden at røre ved resten af molekylerne.”
Forskerne sagde, at den langsigtede virkning kunne være høj, fordi katalysatorer bruges i næsten alt, hvad vi berører i det moderne samfund-fra produktion af brændstoffer og medicin til gødning og plast. At forstå, hvordan molekyler forbrænder – og ikke forbrænde – på katalysatoroverflader er værdifuld til at gøre brændstof og plastproduktion mere effektiv.
“Hvis vi kan forstå, hvordan en katalysator fungerer, på et molekylært atomniveau, kan vi tilpasse det til enhver særlig reaktion,” sagde Simon Bare, en fremtrædende videnskabsmand ved SLAC National Accelerator Laboratory ved Stanford University og medforfatter til undersøgelsen . “Dette kan hjælpe os med at forstå, hvordan katalysatorer, der producerer brændstoffer og kemikalier, der er nødvendige i moderne levevis, reagerer på deres miljø.”
Foruden Bhan, Jacob, Neurock og Bare, inkluderede University of Minnesota Department of Chemical Engineering and Materials Science Team kandidatstuderende Rishi Raj og Huy Nguyen og professor Andre Mkhoyan sammen med Javier Garcia-Barriocanal fra University of Minnesota karakteriseringsfacilitet . Yderligere teammedlemmer inkluderede Jiyun Hong, Jorge E. Perez-Aguilar og Adam S. Hoffman fra SLAC National Accelerator Laboratory ved Stanford University.