科學家找一種在室溫下將甲烷轉化為甲醇的方法
據外媒報導,科學家們已經找到了一種在室溫下將甲烷轉化為甲醇的方法。該技術使用一種普通晶體作為催化劑,通過將其轉化為有用的液體燃料並最終減少洩漏到大氣中的甲烷。作為一種溫室氣體,甲烷的威力是二氧化碳的34倍,並且它在大氣中的含量正在迅速上升。其中最大的來源之一是天然氣在提取、加工、儲存或運輸過程中洩漏造成的“暫時性”排放佔了全球溫室氣體排放量的3.9%。
一種可能的替代方法是將氣態甲烷轉化為液態甲醇以減少這些易揮發的排放並使儲存和運輸更容易。甲醇本身可以用作燃料,也可以用來製造油漆和塑料等材料。問題是,將甲烷轉化為甲醇通常是一個能源密集型的過程,這個過程需要極高的壓力和溫度。
現在,來自斯坦福大學和魯汶大學的研究人員開發了一種可以在室溫下進行轉換的過程,而不需要任何額外的熱量或能量。其關鍵是一種叫做鐵沸石的常見晶體,它是甲烷制甲醇催化劑的候選材料,如果不是那麼低效就很有前途,據悉,其通常在一個反應循環後就會失活。這就是這個團隊現在解決的問題。
通過進一步的觀察,研究人員發現,孔隙大小對活性鐵沸石的性質和保持活性的時間有著很大的影響。鐵沸石是由鋁、矽、氧和鐵組成的多孔礦物,當甲烷被注入這些晶體時,鐵就會剝離掉一個氫原子。剩下的甲基則可以結合形成甲醇,但令人沮喪的是,鬆散的甲基也會漂走並讓其他催化劑分子失去活性。
研究小組發現,更小的孔孔徑減緩了甲基的逃逸,這意味著更多的甲基可以轉化為甲醇。更好的是,它實際上可以再生進行化學反應的活性部位從而使它們得以重複利用。在測試中,研究人員一次又一次成功地激活了40%的活性部位。
當然,只有40%意味著催化劑產生的回報仍在遞減,但這是朝著提高過程效率邁出的一步。提高這一比例是未來工作的關鍵目標,同時通過調整使其跟周圍空氣作為氧氣源一起工作。與此同時,其他室溫催化劑目前也在研究中。
該研究的論文合著者Benjamin Snyder說道:“催化循環–不斷地重新激活再生站點–可能有一天會導致從天然氣中持續、經濟地生產甲醇。”