在已经重创制造业供应链的一年里，又一次短缺使制造商和消费者的生活变得复杂：塑料、食品包装、汽车零部件、服装、医疗和实验室设备以及无数其他依赖塑料的物品。
但是密歇根大学开发的一种新化学催化剂可以为世界第二大使用最广泛的塑料生产更多的原料。原料丙烯用于制造塑料聚丙烯——每年生产 800 万吨。
这种可以从天然气中生产丙烯的新型催化剂的效率至少是目前商业催化剂的 10 倍。在需要再生之前，它的持续时间延长了 10 倍。它由由二氧化硅框架支撑的铂和锡纳米颗粒制成。
“多年来，行业已经从石油原料转向页岩气，”密歇根大学马丁刘易斯珀尔大学化学工程教授、发表在《科学》杂志上的一篇论文的资深作者 Suljo Linic 说。“因此，人们一直在努力寻找一种方法，以从页岩气的一种成分丙烷中有效地生产丙烯。这种催化剂实现了这一目标。”
高效“非氧化脱氢”的秘诀
丙烯传统上是在炼油厂的大型蒸汽裂解装置中生产的，这些裂解装置将石油原料分解成较轻的烃分子。但裂解页岩气生产丙烯效率低下。
新催化剂可以从丙烷有效地生产丙烯——一种具有三个碳原子和六个氢的分子，丙烷有两个额外的氢。它使用一种称为非氧化脱氢的过程。当前催化剂效率低下的原因之一是它们需要向过程中添加氢气。这种方法没有。
新催化剂的关键创新在于它如何使用二氧化硅作为铂和锡纳米颗粒的载体结构，而不是当前催化剂中使用的氧化铝。氧化铝与锡反应，使其与铂分离并分解催化剂。因为新催化剂阻止了这种反应，所以它的寿命更长。
“以前曾尝试用二氧化硅作为铂-锡纳米粒子的载体，但传统的合成技术不够精确，无法实现铂和锡之间的密切相互作用，”密歇根大学博士后研究员、论文第一作者 Ali Hussain Motagamwala 说。
“我们通过首先合成具有优异相互作用的铂-锡配合物克服了这个问题。然后我们将这种配合物负载在二氧化硅上，以生产一种非常明确的催化剂，在非氧化丙烷脱氢过程中具有活性、选择性和稳定性。”
商业化的关键是找到一种方法，在催化剂被碳污染后再生。尽管目前的催化剂寿命很短，但化学工业已经开发出一种复杂的系统，可以快速有效地再生污染的催化剂。需要为新催化剂开发类似的系统。
稳定丙烯供应
“建造以商业规模运行这一过程的工厂将是一项巨大的投资，因此，化学工业往往发展缓慢，”利尼克说。“这种催化剂非常好，但再生是下一个大问题。”
虽然该催化剂仍处于研究阶段，但它有可能增加世界丙烯供应，因为全球需求飙升、COVID 驱动的生产问题以及墨西哥湾沿岸炼油厂的一系列与飓风相关的停产导致丙烯供应枯竭。化学品。
该研究得到了美国能源部快速制造研究所(奖号 DE-EE0007888)和美国能源部基础能源科学办公室化学科学部(DE-SC0021008)的支持。
