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一种高效、新型的化学催化剂有望解决塑料短缺问题

  据外媒报道,在制造业供应链已经遭受重创的一年里,又一项短缺让制造商和消费者的生活变得更加复杂:塑料和食品包装、汽车零部件、服装、医疗和实验室设备及无数依赖与它的其他物品。 不过现在,密歇根大学开发出了一种新化学催化剂,它可以为这种世界上使用范围第二广泛的塑料生产出更多的原料--丙烯。

  据悉,丙烯每年要制造800万吨的塑性聚丙烯。

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  据了解,这种新催化剂可以通过天然气生成丙烯,其效率至少是目前商业催化剂的10倍。在需要再生之前,它可以持续使用10倍的时间。催化剂由铂和锡的纳米颗粒组成,由二氧化硅支撑。

  密歇根大学化学工程Martin Lewis Perl学院教授Suljo Linic表示:“多年来,工业已经从石油原料转向了页岩气。因此,人们一直在努力寻找一种方法,即从页岩气的一种成分--丙烷中高效生产丙烯。这种催化剂实现了这个目标。”

  高效“非氧化脱氢反应”的秘密

  传统上,丙烯是由炼油厂通过将石油原料分解成较轻的碳氢化合物分子的大型蒸汽裂化装置生产的。而裂解页岩气生产丙烯的效率一直很低。

  这种新型催化剂可以有效地从丙烷中生成丙烯--一种由三个碳原子和六个氢组成的分子,而丙烷中有两个额外的氢。这种方法使用的过程叫做非氧化脱氢。目前催化剂效率低下的原因之一是它们需要在过程中加入氢气。

  然而新催化剂的关键创新之处在于,它使用二氧化硅作为铂和锡纳米颗粒的支撑结构,而不是目前催化剂中使用的氧化铝。据悉,氧化铝会跟锡发生反应、使锡从铂中分离出来,进而让催化剂发生分解。因为新催化剂会阻止这种反应,所以它的寿命更长。

  这项研究的论文第一作者、密歇根大学博士后研究员Ali Hussain Motagamwala指出:“二氧化硅作为铂锡纳米颗粒的载体之前已经被尝试过,但传统的合成技术还不够精确,无法使铂和锡之间的密切相互作用。我们通过首次合成具有良好相互作用的铂锡复合物克服了这一问题。然后,我们将这种复合物支撑在二氧化硅上以生产出一种非常明确的催化剂,它在非氧化丙烷脱氢过程中具有活性、选择性和稳定性。”

  而商业化的关键将是找到一种方法在催化剂被碳污染后再生它。Linic指出,尽管目前的催化剂寿命很短,但化学工业已经开发出一种复杂的系统,它可以快速有效地再生被污染的催化剂。现在需要为这种新催化剂开发出一个类似的系统。

  稳定丙烯供应

  Linic说道:“建造能使这一过程商业化的工厂将是一项巨大的投资,因此,化工行业往往进展缓慢。这种催化剂非常好,但再生是下一个大问题。”

  虽然这种催化剂仍处于研究阶段,但它有望增加全球丙烯供应。眼下,全球丙烯需求飙升、COVID-19导致的生产问题以及墨西哥湾沿岸生产这种化学品的炼油厂因飓风相关的一系列关闭已经耗尽了全球丙烯供应。

  【来源:cnBeta.COM】

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