Новый способ преобразования превращает метан в метанол при комнатной температуре
Ученые разработали новый эффективный способ преобразования метана в метанол при комнатной температуре. Этот метод может помочь сократить выбросы парниковых газов и обеспечить более чистый способ производства ключевых продуктов.
Хотя сейчас наибольшее внимание уделяется углекислому газу, это не единственный парниковый газ, изменяющий климат Земли. Метан выбрасывается в меньших количествах, но его влияние в 34 раза выше, поэтому снижение его уровня остается приоритетом. Избыток метана в промышленных процессах часто сжигают, но при этом образуется CO2.
Обычно альтернативой является преобразование метана в метанол, который можно использовать для производства ряда продуктов, таких как топливо, пластмассы и строительные материалы. Проблема в том, что процесс конверсии обычно требует высоких температур и давлений, что делает его энергоемким.
В последние годы ученые экспериментировали с новыми катализаторами, которые обещают превратить метан в метанол при комнатной температуре и атмосферном давлении, включая титановый и медный катализатор, а также способы улучшения кристаллов цеолита железа.
Для нового исследования исследователи из Манчестерского университета и Национальной лаборатории Ок-Риджа разработали новую методику с использованием металлоорганического каркаса (MOF) в качестве катализатора. Эти структуры чрезвычайно пористые, и в этом случае эти поры содержат множество компонентов, каждый из которых играет роль в каталитическом процессе.
Сначала метан и кислород смешиваются с водой, которая затем непрерывно протекает через гранулы MOF. Воздействие солнечного света на MOF запускает химическую реакцию, превращающую газообразный метан в жидкий метанол, который затем можно легко извлечь из воды.
Главное, что делает это конкретное преобразование таким сложным, — это разрыв связи углерод-водород в метане, чтобы вставить атом кислорода для образования новой связи и получения метанола.
В этом случае компоненты, содержащиеся в MOF, поглощают свет и генерируют электроны, которые затем передаются кислороду и метану, протекающим через них, заставляя их объединяться с образованием метанола.
В ходе испытаний твердый катализатор работал эффективно, его можно было промывать и повторно использовать не менее 10 раз в течение как минимум 200 часов реакции.
При дальнейшей доработке этот метод может помочь сократить выбросы метана, а также уменьшить воздействие производства метанола на окружающую среду.
«Этот процесс был назван «Святым Граалем катализа», — сказал Мартин Шредер, автор исследования. Он может использоваться для производства биотоплива, растворителей, пестицидов и присадок к топливу для транспортных средств. Этот новый материал MOF также может способствовать другим типам химических реакций, выступая в качестве своего рода пробирки, в которой мы можем комбинировать различные вещества, чтобы увидеть, как они будут реагировать».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.