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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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        由曼徹斯特大學領(lǐng)導的研究人員設計了一種催化劑，可將生物質(zhì)以極高的效率轉(zhuǎn)化為燃料，并為制造先進的可再生材料提供了新的可能性。
        

        能源部橡樹嶺國家實驗室的中子散射實驗在確定沸石催化劑的化學和行為動力學中發(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。
        

        曼徹斯特大學的主要作者Longfei Lin說：“工業(yè)嚴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，化學反應需要大量能量才能破壞由碳，氧和氫等元素形成的強鍵。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。
        

        為了實現(xiàn)更環(huán)保的設計，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)生化學上不平衡的狀態(tài)，該狀態(tài)促進鍵分離并從根本上減少了對高度熱處理的需求。
        

        ORNL研究人員程永強說：“在催化劑表面發(fā)生的化學反應可能非常復雜。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反應。ORNL散裂中子源的VISION光譜儀使研究人員能夠根據(jù)鍵的振動特征準確地確定存在哪些化學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序列。
        

        曼徹斯特大學的通訊作者楊思海說：“設計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)存在很多試驗和錯誤。” “我們對催化劑的工作原理了解得越多，就越能指導下一代材料的設計過程。”
        

        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·阿普爾頓實驗室的ISIS中子和Muon源進行了互補中子散射測量。
        
			

			
          
        
			
        
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