科技日報記者 張夢然
美國能源部布魯克海文國家實驗室及其合作機構的科學家設計出了一種高選擇性催化劑，只需一步反應，即可將天然氣的主要成分甲烷轉化為易于運輸?shù)囊后w燃料甲醇。據(jù)最新一期《美國化學學會雜志》發(fā)表的論文介紹，這種甲烷轉化為甲醇的直接過程，在低于泡茶所需的溫度下進行，且只產生甲醇而不產生其他副產品。
新工藝相比復雜的傳統(tǒng)轉化有了很大的進步。一般傳統(tǒng)轉化需要3個獨立的反應，每個反應都要在不同條件下進行，還需要非常高的溫度才能實現(xiàn)。新系統(tǒng)則結構簡單，特別適合開采偏遠地區(qū)“擱淺”的天然氣儲備。這些地區(qū)通常遠離昂貴的管道和化學煉油廠基礎設施，而實現(xiàn)本地部署后將避免高壓易燃液化天然氣的運輸難題。
此次催化劑的新配方含有一種額外成分：金屬和氧化物之間的一層薄薄的“界面”碳。通過大量的實驗和理論工作，研究人員發(fā)現(xiàn)鈀和二氧化鈰之間這層薄薄的碳，才是真正推動化學反應的“秘密武器”，它幫助活性金屬鈀將甲烷轉化為甲醇。
研究人員發(fā)現(xiàn)，由鈀、氧化鈰和碳組成的三組分催化劑的活性狀態(tài)，利用復雜的三相液固氣微環(huán)境可以生產出最終產品。從甲烷中生產甲醇，無須在3種不同的反應器中、3種不同的條件下進行3種獨立的反應?，F(xiàn)在使用三部分催化劑，在一個反應器中驅動三相反應就可以實現(xiàn)了。前者不但有可能產生副產品，還需要昂貴的分離步驟，而后者則完全避免了這些缺點。
研究人員表示，對催化劑設計的創(chuàng)新和對反應發(fā)生方式的基礎理解，有助于推動未來化學過程的發(fā)展。
總編輯圈點
為什么要大費周折的進行轉化？因為甲烷在自然界分布很廣，雖然可用作燃料及化工原料，但其提取、運輸和儲存都很困難，還存在一定危險。此外，甲烷氣體釋放或泄漏到大氣中時對環(huán)境有害，過量甲烷只能被燒掉，這一過程也會產生溫室氣體。工業(yè)界一直在尋求更好的手段將甲烷轉化為甲醇，但至今未能在溫和的條件下高效、純凈地完成轉化。在本文中，科學家對這一轉化擁有了100％的“選擇權”，讓業(yè)界看到了希望。隨著世界石油儲量不斷減少，將甲烷轉化為甲醇等燃料也會越來越有吸引力。
