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科学探索|科学家找一种在室温下将甲烷转化为甲醇的方法


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据外媒报道 , 科学家们已经找到了一种在室温下将甲烷转化为甲醇的方法 。该技术使用一种普通晶体作为催化剂 , 通过将其转化为有用的液体燃料并最终减少泄漏到大气中的甲烷 。作为一种温室气体 , 甲烷的威力是二氧化碳的34倍 , 并且它在大气中的含量正在迅速上升 。
其中最大的来源之一是天然气在提取、加工、储存或运输过程中泄漏造成的“暂时性”排放占了全球温室气体排放量的3.9% 。一种可能的替代方法是将气态甲烷转化为液态甲醇以减少这些易挥发的排放并使储存和运输更容易 。甲醇本身可以用作燃料 , 也可以用来制造油漆和塑料等材料 。问题是 , 将甲烷转化为甲醇通常是一个能源密集型的过程 , 这个过程需要极高的压力和温度 。
现在 , 来自斯坦福大学和鲁汶大学的研究人员开发了一种可以在室温下进行转换的过程 , 而不需要任何额外的热量或能量 。其关键是一种叫做铁沸石的常见晶体 , 它是甲烷制甲醇催化剂的候选材料 , 如果不是那么低效就很有前途 , 据悉 , 其通常在一个反应循环后就会失活 。这就是这个团队现在解决的问题 。
通过进一步的观察 , 研究人员发现 , 孔隙大小对活性铁沸石的性质和保持活性的时间有着很大的影响 。铁沸石是由铝、硅、氧和铁组成的多孔矿物 , 当甲烷被注入这些晶体时 , 铁就会剥离掉一个氢原子 。剩下的甲基则可以结合形成甲醇 , 但令人沮丧的是 , 松散的甲基也会漂走并让其他催化剂分子失去活性 。
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研究小组发现 , 更小的孔孔径减缓了甲基的逃逸 , 这意味着更多的甲基可以转化为甲醇 。更好的是 , 它实际上可以再生进行化学反应的活性部位从而使它们得以重复利用 。在测试中 , 研究人员一次又一次成功地激活了40%的活性部位 。
当然 , 只有40%意味着催化剂产生的回报仍在递减 , 但这是朝着提高过程效率迈出的一步 。提高这一比例是未来工作的关键目标 , 同时通过调整使其跟周围空气作为氧气源一起工作 。与此同时 , 其他室温催化剂目前也在研究中 。
该研究的论文合著者Benjamin Snyder说道:“催化循环--不断地重新激活再生站点--可能有一天会导致从天然气中持续、经济地生产甲醇 。”

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