Wissenschaftler haben eine potenziell umweltfreundlichere Möglichkeit entdeckt, eine entscheidende industrielle Chemikalie zu erstellen, mit der viele alltägliche Produkte von Kunststoffen und Textilien bis hin zu Frostschutzmittel und Desinfektionsmitteln hergestellt wurden, so eine neue Studie, die in veröffentlicht wurde Wissenschaft und gemeinsam von Matthew Montemore, Chemieingenieur der Tulane University.
Der Durchbruch könnte die Treibhausgasemissionen durch die Herstellung von Ethylenoxid, der einen geschätzten globalen Markt in Höhe von 40 Milliarden US -Dollar enthält, erheblich reduzieren. Der aktuelle Produktionsprozess erfordert Chlor, das giftig ist und Millionen von Tonnen Kohlendioxid jährlich in die Atmosphäre ausgibt.
Das von Montemore sowie die Chemie -Professorin der Tufts University Chemie -Professorin Chemieingenieurprofessor Phillip Christopher ergaben, dass das Hinzufügen kleiner Mengen an Nickelatomen zu Silberkatalysatoren die Produktionseffizienz beibehalten kann Bedarf an Chlor im Prozess.
„Wenn die Industrie dies ausprobiert und sie als nützlich empfunden und in der Lage sind, sie zu kommerzialisieren, können Sie viel CO sparen, um eine Menge CO zu sparen2 Und viel Geld zur gleichen Zeit „, sagte Montemore.
Das Beseitnis von giftigem Chlor könnte die Produktion auch sicherer machen, fügte Montemore hinzu.
Die Entdeckung betrug sechs Jahre. Sykes und Montemore diskutierten erstmals im Jahr 2018 die Erforschung selektiver Oxidationsreaktionen. Sie konzentrierten sich auf die Ethylenoxidproduktion, die Ethylen- und Molekularsauerstoff unter Verwendung von Silber als primärer Katalysator umwandelt.
„Wir waren überrascht, weil wir in der wissenschaftlichen oder patentierten Literatur über Nickel nichts finden konnten, obwohl es ein gemeinsames und kostengünstiges Element war, das in vielen anderen katalytischen Prozessen verwendet wurde“, sagte Sykes.
Der Durchbruch kam durch die Anwendung von Sykes ‚Single-Atom-Legierungskonzept, einem grundlegenden Ansatz zum Verständnis und zur Kontrolle chemischer Reaktionen, die er vor über einem Jahrzehnt Pionierarbeit leistete. Montemore glaubte, dieser Ansatz könnte auf Oxidationsreaktionen angewendet werden, obwohl Sykes in der Vergangenheit mit Oxidation nicht viel Erfolg hatte.
Montemore führte Berechnungen durch, um nach vielversprechenden Kombinationen von Metallen zu untersuchen. Basierend auf diesen Berechnungen führten die Doktoranden Elizabeth Happel und Laura Cramer bei Tufts erste Experimente durch, die vielversprechende Ergebnisse zeigten.
Das Team hat dann Christopher, einen Experten für katalytische Reaktorstudien, ein, um eine praktische Formulierung des Silberkatalysators mit Nickel -Ergänzungen zu entwickeln.
Die Ergebnisse übertrafen die Erwartungen.
Anika Jalil, Doktorandin bei UCSB, entwickelte erfolgreich eine reproduzierbare Methode zur Einbeziehung von Nickelatomen in den Silberkatalysator, eine technische Herausforderung, die möglicherweise erklärt, warum dieser Effekt noch nie berichtet wurde.
Der aktuelle industrielle Prozess zur Herstellung von Ethylenoxid erzeugt typischerweise zwei Moleküle Kohlendioxid pro Ethylenoxidmolekül. Das Hinzufügen von Chlor verbessert dieses Verhältnis zu etwa zwei Molekülen Ethylenoxid pro Kohlendioxidmolekül. Der neue Nickel-verstärkte Katalysator könnte diese Emissionen möglicherweise weiter verringern und gleichzeitig die Notwendigkeit eines giftigen Chlors beseitigen.
Das Team hat internationale Patente für ihre Entdeckung eingereicht und spricht mit einem großen kommerziellen Hersteller über die Umsetzung der Technologie in bestehenden Produktionsanlagen.
Bei Erfolg könnte diese sauberere Produktionsmethode dazu beitragen, die erheblichen Umwelteinflüsse der Ethylenoxidherstellung zu berücksichtigen und gleichzeitig die Effizienz beizubehalten, die für die Produktion von Industriemaßstäben erforderlich ist.
