Per la prima volta, i ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities hanno scoperto un nuovo metodo attraverso il quale un catalizzatore può essere usato per bruciare selettivamente una molecola in una miscela di idrocarburi, che sono composti fatti di idrogeno e atomi di carbonio.
Questo nuovo metodo potrebbe aiutare nella rimozione degli inquinanti e migliorare l’efficienza per i processi industriali che vanno dalla produzione di carburanti e farmaci a fertilizzanti e materie plastiche
La ricerca è pubblicata in Scienza.
Usando un catalizzatore di ossido di bismuto – una sostanza che accelera una reazione chimica – i ricercatori possono bruciare selettivamente una molecola in una miscela di combustibili. I ricercatori hanno dimostrato che è possibile combustione efficace anche piccole quantità di acetilene nelle miscele con etilene. La rimozione dell’acetilene è un processo cruciale per prevenire l’avvelenamento dei catalizzatori di polimerizzazione, che è vitale per la produzione di materie plastiche polietilene, un mercato che supera ogni anno 120 milioni di tonnellate.
“Nessun altro ha dimostrato che è possibile comporre un idrocarburo presente a basse concentrazioni, in miscele con altri”, ha affermato Aditya Bhan, il distinto professore della McKnight University nel Dipartimento di ingegneria chimica e scienza dei materiali e investigatore di piombo sul documento.
Convenzionalmente, i processi di combustione vengono utilizzati per bruciare tutte le miscele di carburante per idrocarburi ad alte temperature per produrre calore. L’uso di un catalizzatore ha permesso ai ricercatori di affrontare la sfida di bruciare una molecola ma non gli altri. Il catalizzatore di ossido di bismuto è unico in quanto fornisce il proprio ossigeno durante la combustione, piuttosto che usare ossigeno da una fonte esterna, in un processo chiamato loop chimico.
“We were able to take oxygen out of the catalyst and put it back in multiple times, where the catalyst changes slightly, but its reactivity is not impacted. Operating in this chemical looping mode avoids flammability concerns,” said Matthew Jacob, a University of Minnesota Chemical Engineering Ph.D. candidato e primo autore sul giornale.
Tradizionalmente, eliminare piccole concentrazioni di contaminanti è molto impegnativo e ad alta intensità di energia, ma questo nuovo metodo potrebbe fornire un’alternativa più efficiente dal punto di vista energetico.
“Vuoi fare questo processo in modo selettivo. La rimozione di acetilene e altri contaminanti di idrocarburi in tracce in questo modo potrebbe essere più efficiente dal punto di vista energetico”, ha affermato Matthew Neurock, professore nel Dipartimento di ingegneria chimica e scienza dei materiali e coautore senior sul documento. “Vuoi solo essere in grado di entrare in una miscela di gas per rimuovere alcune molecole senza toccare il resto delle molecole.”
I ricercatori hanno affermato che l’impatto a lungo termine potrebbe essere elevato perché i catalizzatori sono usati in qualsiasi cosa tocchiamo nella società moderna-dalla produzione di carburanti e farmaci a fertilizzanti e materie plastiche. Comprendere come le molecole si combinano – e non si combusgono – sulle superfici dei catalizzatori è prezioso per rendere più efficiente la produzione di carburanti e materie plastiche.
“Se riusciamo a capire come funziona un catalizzatore, a livello atomico molecolare, possiamo adattarlo a qualsiasi reazione particolare”, ha affermato Simon Bare, uno scienziato illustre presso la SLAC National Accelerator Laboratory della Stanford University e coautore dello studio . “Questo può aiutarci a capire come i catalizzatori, che producono carburanti e sostanze chimiche necessarie nella vita moderna, reagiscono al loro ambiente.”
Oltre a Bhan, Jacob, Neurock e Bare, il team del Dipartimento di Ingegneria Chimica e dei Materiali dell’Università del Minnesota includeva studenti laureati Rishi Raj e Huy Nguyen e il professor Andre Mkhoyan, insieme a Javier Garcia-Barriocanal presso l’Università del Minnesota Caratterization Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facitivi Facitive Facitivi . Altri membri del team includevano Jiyun Hong, Jorge E. Perez-Aguilar e Adam S. Hoffman del SLAC National Accelerator Laboratory presso la Stanford University.
Questo lavoro è stato finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, Office of Basic Energy Sciences. Il lavoro è stato completato in collaborazione con la struttura di caratterizzazione dell’Università del Minnesota e il Minnesota Supercomputing Institute.
Leggi l’intero documento di ricerca intitolato “Combustazione selettiva di loop chimico di acetilene in flussi ricchi di etilene”, visitare ilScienza sito web.
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