可持续生物经济的更好催化剂

2020-09-23 编辑:Traveler 来源:

        为了将基于化石燃料的经济转变为可持续的生物经济,我们必须用可再生原料代替化石资源。但是,石油是化学工业众多产品的原材料,不能简单地用木材,玉米和稻草代替,因为植物由与“黑金”完全不同的分子组成。为了给汽车提供动力并实现多种塑料或药物的生产,可再生原材料必须首先进行化学转化。在此,催化剂提供了帮助,即首先驱动化学反应或使其成为可能的物质。
        Paul Scherrer Institute PSI和苏黎世联邦理工学院的研究人员希望提高所谓的沸石的效率。如今,这些化合物已成为化学工业中不可缺少的添加剂,自1960年代以来已在炼油厂用作催化剂。现在,在《自然材料》杂志上,研究人员主张更多地关注经典沸石。他们断言,这些甚至有可能使基于可再生资源的生物经济成为可能。
 

        为此目的极有希望的催化剂是沸石,由铝,氧和硅制成的类似支架的化合物。沸石是天然存在的,例如作为岩层中的矿物,或者是人工合成的。它们是化学工业中最重要的催化剂。自1960年代以来,它们已在炼油厂中用于裂化,即将长烃链拆分成较短烃链的过程。它们还用作例如洗涤剂,水软化过程和储热系统中的成分。
        沸石使生物质转化为工业急需的分子成为可能,从而促进了向生物经济的过渡。然而:“在这一点上,对沸石的研究已经到了死胡同” PSI催化与可持续化学实验室的科学家维塔利·苏什凯维奇说。他希望与PSI和ETH Zurich的同事一起,从这一死胡同中进行沸石研究。
        问题:为开发生物经济催化剂,全球研究人员正在研究也含有锡,钛或锆原子的沸石。但是,它们的性能无法进一步提高。因此,Sushkevich的团队建议重新使用仅由硅,铝和氧组成的经典沸石。Sushkevich说:“它们是非常有效的催化剂。” “特别的是,它们可以根据特定目的进行修改和调整。您甚至可以一个接一个地催化多个化学反应。” 在这种情况下,通过起始步骤A和中间步骤B和C可以方便地制成所需的产物D。
        铝原子是这些沸石的重要元素。最初,它们牢固地锚固在沸石支架中。通过加热和其他技巧,它们可以从该化合物中释放出来,从而可以催化对生物经济至关重要的反应。
        苏黎世联邦理工学院的博士候选人Manoj Ravi分析了有关这方面的文献,发现了一些不一致之处。他说:“铝原子催化反应的方式显然比以前认为的要复杂得多。” 例如,并非所有铝原子都从支架化合物中完全释放出来。相反,在这种沸石中共存三种不同类型的铝原子:那些仍然停留在脚手架中的铝原子,部分分离的铝原子和完全分离的铝原子。“重要的是将这三种类型彼此区分开,而不是将它们组合在一起。”
        PSI还可以自身合成沸石并分析其结构,例如借助Swiss Light Source SLS。Sushkevich说:“大型研究机构的测量以及其他现代技术的测量有助于我们更好地了解重要活动中心的结构。” 活性中心是催化剂中反应发生的位置。这位化学家补充说,这种方法不仅对过渡到生物经济有帮助,而且对处理经典的化石资源也有帮助。
        该论文于2020年9月21日发表在《自然材料》杂志上。
 

摘转自携手健康网, 2020-09-22 14:56:11,特此致谢!若看原文,可见:

http://news.xsjk.net/hangyeguancha/202009/17299.html