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最新發現！研究人（rén）員展示新的化學（xué）催化方法使塑料（liào）生產更加節能

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最新發現！研（yán）究人（rén）員展示新的（de）化學催化方法使塑料生產更加節能

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瀏覽：- 發布日期：2021-03-29 09:35:42【大中小（xiǎo）】

西北工程研（yán）究人員展示（shì）了一種新（xīn）的化學催化方（fāng）法，該方法可使用較少的能量來提高丙烯的（de）收率。這些發現可以支持（chí）許多塑料的更節（jiē）能（néng）生產過程。

作為產量最高的化學產品之一，每年生產的丙烯價值超過1000億（yì）美元，主要用（yòng）於生產各種材料的聚（jù）丙烯，從汽車零（líng）件的注塑到消費品。生產丙烯也是能源密集型的，需（xū）要約800攝氏度的溫度才能將（jiāng）丙烷氣轉化為丙烯。

長期以來，研究人員一直在研究一種稱為氧化脫氫的技術，該技術是一種不受丙烷限製且（qiě）不受高溫限製的丙烯生產（chǎn）方法（fǎ）。該（gāi）方法使丙烷和氧氣在催化劑（jì）上反應，生成丙烯和水。但是，由於丙烯比丙烷（wán）對氧氣的（de）反應性（xìng）更高，因此該反應通常僅產（chǎn）生少量的丙（bǐng）烯。

麥考密克工程（chéng）學院化學與生物工程學教授賈斯汀·諾丁斯坦（Justin Notestein）表示，這（zhè）種反應是有效（xiào）的，但類似於打開煤氣燒烤爐在家做飯時，您不會產生（shēng）丙烯，而隻是燃燒（shāo）丙烷。該研究的共同通訊作（zuò）者補充說（shuō），我們沒有尋找合適的催化劑，而是將氧化（huà）脫氫反（fǎn）應分解為兩個部分：脫氫和選擇性氫燃燒，然（rán）後設計了一種（zhǒng）可按特定順序進行兩種反應的串聯材料。這產生了到目（mù）前報道過的最高的效率。

3月19日，在《科學》雜誌上發表（biǎo）了一篇題為“"Tandem In2O3-Pt/Al2O3 Catalyst for Coupling of Propane Dehydrogenation to Selective H2 Combustion”的論文。溫伯格文理學院的化學教授彼（bǐ）得·斯特爾（Peter Stair）是該論（lùn）文的另（lìng）一位同時通訊作者。

在這種新方法中，研究人員設計了兩種具有納（nà）米級接近度的催化（huà）劑：一（yī）種鉑基催化劑，可以選擇性（xìng）地從丙烷（wán）中除去氫（qīng）以（yǐ）生成丙烯；另（lìng）一種氧化銦（yīn）基催化劑，可以選擇性地燃燒氫，但不燃燒丙烷或丙烯。

我們（men）發現（xiàn）納米結構確實很（hěn）重（chóng）要， Notestein說，鉑上的氧化銦效果很好（hǎo）。氧化銦上的鉑效果不佳。物（wù）理上（shàng）與氧化銦結合的鉑不起作用。即使兩種催化劑都可以完成兩種反應，這種納米結構（gòu）也能夠分離和排列反應。這種結構很常（cháng）見在生物學上（shàng），但是在（zài）人造材（cái）料上非常罕（hǎn）見。

該（gāi）小組（zǔ）的測試顯著提（tí）高了丙烷產量以生產丙烯。在450攝氏度下，通過單次通（tōng）過反（fǎn）應（yīng）器，測試可產生30％的收率，同時確保（bǎo）丙烷中（zhōng）超過75％的碳原子繼續變（biàn）成丙烯。相比之下，在沒有氧氣的情況（kuàng）下加（jiā）熱丙烷時，收率不可能超過24％，而且所需的催化劑通常不穩定。

沒（méi）有人證明產量超過了這些熱力學極限， Notestein說，從效用的角度來看，我們的結果是（shì）第一個真正證明試圖氧化而不是僅進行脫氫反（fǎn）應的理由。

該係統的簡單設計可以通過調節反（fǎn）應器條（tiáo）件並改變兩種催化劑組分來（lái）進一步優（yōu）化。當前產生更高產量的方法需要更複雜和昂貴的工程解決方案。

美國西北（běi）部可持續與能源研究所下屬的催化和表麵科學中心主任Notestein說，由於我們（men）依靠工程技術方麵經（jīng）過驗證的設計-建造（zào）-測（cè）試周期，因此可能還會（huì）有更多的改（gǎi）進。這些發現為我們提（tí）供了新的成（chéng）分（fèn）和合理的策略，以嚐試尋找高性能（néng）的催化劑體係。這對於能源（yuán）消耗非常重要且目前的工（gōng）程策略可能不（bú）可行的小型化工廠（chǎng）尤（yóu）其有利。他補充說，該團隊的方法（fǎ）反映了國家科學基金會的Alkane資源（yuán）創新和戰略（luè）轉型中心（CISTAR）的更大努力，該中心為這項工作提（tí）供了資金。

這些發現還可以進一步提高製造許多用於結構和材料應用的塑料的能源效（xiào）率。例如，汽（qì）車中的塑料部件使汽車重量更（gèng）輕，能源（yuán）效（xiào）率更高，而聚合物房屋外牆和壁板則經久耐（nài）用，有助於保（bǎo）持房屋的溫（wēn）暖和幹燥。

Notestein說，塑料雖然受到（dào）了很多破（pò）壞，但對於現（xiàn）代社會來說是（shì）必不可少的，包括努力使社會更加節能。使用這種新方（fāng）法製造丙烯和（hé）聚丙烯（xī）等材料的能源消耗可能會大大降低，這對（duì）每個人來說（shuō）都是個好消息。

資料（liào）來源：富寶（bǎo）資訊、賢集網

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