国外科研人员成功研制可生产汽油的纳米化学反应器


来源:科技部

[导读]  瑞士鲍尔-希尔内(Paul Scherrer)研究所和苏黎世联邦理工大学(ETH )在德国早先技术的基础上,在实验室成功研制一种能够更环保和更经济地生产汽油和柴油的微型化学反应器。
中国粉体网讯    瑞士鲍尔-希尔内(Paul Scherrer)研究所和苏黎世联邦理工大学(ETH )在德国早先技术的基础上,在实验室成功研制一种微型化学反应器,用这种反应器未来人们能更环保和更经济地生产汽油和柴油。反应器由仅仅几个纳米大小的沸石晶体构成,研究人员改变晶体结构,经过两个步骤就能生产出燃料。

  用工业的方法生产燃料早已有之。早在1925年,德国化学家弗朗茨-菲舍和汉斯-托普西开发出一种利用合成气体—一氧化碳和氢气,生产碳氢化合物,如汽油和柴油。原先人们希望由德国富有的煤炭制备合成气体,后来主要是天然气作为原料,但是木材、污泥或者作物秸秆在未来将代替这种功能。

  这种菲舍-托普西(Fischer-Tropsch)方法在工业上早已试验过,其生产燃料的成本比传统的由石油生产燃料贵很多。如果能制造一种承担若干必要的转换步骤的多功能反应器,则这种方法的成本会下降很多。但是目前每一个转换步骤需要一个独立的反应器,这样无疑推高了制造成本。

  现在新开发的纳米反应器只需执行菲舍-托普西(Fischer-Tropsch)方法的两个步骤,每个步骤必需一个独立的反应器。第一个反应器承担第一个步骤,将合成气体转化为各种碳氢化合物,其中也有汽油的成分。第一步也生产了不受欢迎的长链碳氢化合物,这种长链碳氢化合物也存在于燃油中。为了在终端产品中提高较高价值的短链的碳氢化合物成分,因此有必要实施第二步骤,即裂解。在裂解中不受欢迎的长链分子将分解为短链分子。在新的纳米反应器中,这是重要的一步。

  制造这种纳米反应器,科学家使用了沸石的纳米晶体。沸石的晶体结构具有很多相同大小的气孔,这些气孔提供了发生化学反应的表面,并提高反应器的效率。因为所有气孔几乎一样大小,沸石反应器可以像筛子一样工作。统一的气孔尺寸将产品种类限制在一种能通过气孔的分子水平。

  这种新型纳米反应器能够完成菲舍-托普西(Fischer-Tropsch)方法的两个步骤,还不是归功于沸石的自然特性,而是在实验室的改变。科学家用腐蚀剂对沸石晶体蚀刻穿孔,并将钴纳米颗粒放进这些空洞中,这些钴颗粒在工业上用着催化剂,在菲舍-托普西方法中也用着催化剂,有利于第一步转化过程。在裂解过程中,纳米反应器也借助于这种化学处理,即溶剂在沸石的气孔中造出一些进行化学反应的地方,这些地方将长链碳氢化合物催化分解为短链的对应物质,也就是裂解。
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