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      中子優(yōu)化高效催化劑 以更綠色的方式合成生物燃料
      
			
      
				2019-12-17 10:46:23
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      由曼徹斯特大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員設(shè)計(jì)了一種催化劑，可將生物質(zhì)以極高的效率轉(zhuǎn)化為燃料，并為制造先進(jìn)的可再生材料提供了新的可能性。
      

      能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的中子散射實(shí)驗(yàn)在確定沸石催化劑的化學(xué)和行為動力學(xué)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用-沸石是商業(yè)催化中常用的多孔材料-為最大程度地提供其性能提供信息。
      

      中子優(yōu)化高效催化劑 以更綠色的方式合成生物燃料
      

      經(jīng)過優(yōu)化的催化劑稱為NbAlS-1，可將生物質(zhì)衍生的原料轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)烯烴，輕質(zhì)烯烴是一類石油化工產(chǎn)品，例如乙烯，丙烯和丁烯，用于制造塑料和液體燃料。新型催化劑的收率令人印象深刻，超過99%，但與以前的催化劑相比，所需的能源明顯減少。該小組的研究發(fā)表在《自然材料》雜志 上。
      

      曼徹斯特大學(xué)的主要作者Longfei Lin說：“工業(yè)嚴(yán)重依賴于使用來自原油的輕質(zhì)烯烴，但是它們的生產(chǎn)會對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。” “以前的由純化的含氧化合物生產(chǎn)丁烯的催化劑需要大量能量，或者需要極高的溫度。這種新的催化劑可以在更溫和的條件下以明顯更少的能量直接轉(zhuǎn)化粗制的含氧化合物，并且對環(huán)境更加友好。”
      

      生物質(zhì)是可以轉(zhuǎn)化并用于燃料和原料的有機(jī)物質(zhì)。它通常來自剩余的農(nóng)業(yè)廢料，例如木材，草和稻草，這些廢料被分解并送入催化劑中，然后將其轉(zhuǎn)化為丁烯。丁烯是化學(xué)和石油工業(yè)用來生產(chǎn)塑料，聚合物和液體的富含能量的氣體用石油生產(chǎn)的燃料。
      

      通常，化學(xué)反應(yīng)需要大量能量才能破壞由碳，氧和氫等元素形成的強(qiáng)鍵。某些鍵可能需要將它們加熱到1,000°C(高于1,800°F)，然后再加熱，然后再斷開鍵。
      

      為了實(shí)現(xiàn)更環(huán)保的設(shè)計(jì)，研究小組通過用鈮和鋁代替沸石的硅原子來摻雜催化劑。該取代產(chǎn)生化學(xué)上不平衡的狀態(tài)，該狀態(tài)促進(jìn)鍵分離并從根本上減少了對高度熱處理的需求。
      

      ORNL研究人員程永強(qiáng)說：“在催化劑表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可能非常復(fù)雜。如果不小心控制壓力，溫度和濃度等物質(zhì)，最終只會產(chǎn)生很少的丁烯。” 。“要獲得高產(chǎn)量，您必須優(yōu)化流程，并且必須優(yōu)化流程以了解流程的工作原理。”
      

      中子由于具有深厚的滲透性和對輕元素(如氫)的敏銳性，非常適合研究此類化學(xué)反應(yīng)。ORNL散裂中子源的VISION光譜儀使研究人員能夠根據(jù)鍵的振動特征準(zhǔn)確地確定存在哪些化學(xué)鍵以及它們的行為方式。這些信息使他們能夠重建優(yōu)化催化劑性能所需的化學(xué)序列。
      

      曼徹斯特大學(xué)的通訊作者楊思海說：“設(shè)計(jì)這樣一種高性能的催化劑(例如我們已經(jīng)開發(fā)的催化劑)存在很多試驗(yàn)和錯誤。” “我們對催化劑的工作原理了解得越多，就越能指導(dǎo)下一代材料的設(shè)計(jì)過程。”
      

      英國金剛石光源的同步加速器X射線衍射測量用于確定催化劑的原子結(jié)構(gòu)，盧瑟福·阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室的ISIS中子和Muon源進(jìn)行了互補(bǔ)中子散射測量。
      
			

			
        
      
			
      
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