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催化剂将二氧化碳转化为汽油的效率提高了1000倍

化学 2022-09-30 00:02:09

作者:斯坦福大学安德鲁·迈尔斯 二氧化碳(黑色和红色)和氢分子(蓝色)在钌基催化剂的帮助下反应

在右边,未涂覆的催化剂产生最简单的碳氢化合物,甲烷

在左边,涂层催化剂产生较长链的碳氢化合物,如丁烷、丙烷和乙烷

信用:陈志忠 致力于扭转温室气体扩散趋势的工程师们知道,除了减少二氧化碳排放,我们还需要清除发电厂烟气或天空中的二氧化碳

但是,我们如何处理这些捕获的碳呢?斯坦福大学的化学工程师Matteo Cargnello正致力于将其转化为其他有用的化学物质,如丙烷、丁烷或其他由碳和氢长链组成的碳氢燃料

“我们基本上可以制造汽油,”化学工程助理教授卡吉内洛说

“为了捕获尽可能多的碳,你需要最长链的碳氢化合物

8到12个碳原子的链是最理想的

" 嘉吉洛和他的同事发明了一种新的催化剂,通过增加化学反应中长链碳氢化合物的产量来实现这一目标

在给定相同数量的一氧化碳、氢气、催化剂、压力、热量和时间的情况下,它比标准催化剂多生产1000倍的丁烷,丁烷是它在最大压力下能生产的最长的碳氢化合物

这种新型催化剂由钌元素组成,钌是一种稀有的铂族过渡金属,涂在一层薄薄的塑料上

像任何催化剂一样,本发明加速化学反应,而不会在过程中耗尽

钌还具有比其他高质量催化剂(如钯和铂)便宜的优点

嘉吉洛和他的团队在他们的最新论文中描述了催化剂和他们的实验结果,该论文本周发表在《美国国家科学院院刊》上

嘉吉洛和他的团队花了7年时间来发现和完善这种新的催化剂

问题是:碳氢化合物链越长,生产就越困难

碳与碳的结合需要热量和巨大的压力,这使得这一过程既昂贵又耗能

在这方面,新催化剂从反应中生产汽油的能力是一个突破,Cargnello说

他实验室的反应堆只需要更大的压力就可以生产所有的长链碳氢化合物来生产汽油,他们正在建造一个更高压力的反应堆

汽油在室温下是液态的,因此比它的气态短链兄弟——甲烷、乙烷和丙烷——更容易处理,后者很难储存,容易漏回天空

嘉吉洛和其他致力于从捕获的碳中制造液体燃料的研究人员设想了一个碳中和循环,其中二氧化碳被收集,转化为燃料,再次燃烧,产生的二氧化碳重新开始循环

完善聚合物 “反应性显著提高的关键是钌上的多孔塑料层,”首席学生作者·周解释说,他是嘉吉洛实验室的博士生,负责进行改进新涂层所需的研究和实验

他说,无涂层的催化剂运行良好,但只能产生甲烷,这是一种最短链的碳氢化合物,只有一个碳原子与四个氢原子相连

这根本不是一个链条

“未涂覆的催化剂表面被太多的氢覆盖,限制了碳寻找其他碳与之结合的能力,”周说

“多孔聚合物控制着碳氢比,使我们能够通过同样的反应生成更长的碳链

SLAC国家实验室与Dr

西蒙·巴勒,他是那里的联合访问的负责人

" 嘉吉内洛承认,虽然长链碳氢化合物是对捕获碳的创新利用,但它们并不完美

他还在研究其他催化剂和类似工艺,将二氧化碳转化为有价值的工业化学品,如用于制造塑料的烯烃、甲醇和圣杯乙醇,所有这些都可以封存碳,而不会将二氧化碳送回天空

“如果我们能从二氧化碳中制造烯烃来制造塑料,”嘉吉洛指出,“我们已经将其封存成一种长期可储存的固体。”

那将是一件大事

"

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