روشی جدید برای بهینه‌سازی مسیر بازیافت کربن کشف شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از فیز،‌ تبدیل انتخابی دی‌اکسید کربن (CO۲) و هیدروژن (H۲) به سوخت‌ها و مواد شیمیایی ارزشمند، مسیری امیدوارکننده برای بازیافت کربن است.

به منظور تولید متانول، الکل‌های بالاتر (آن‌هایی که داری بیش از ۲ کربن هستند)، دی متیل اتر (DME)، آروماتیک‌ها، هیدروکربن‌ها و الفین‌ها، روش‌های متعددی برای هیدروژناسیون CO۲ ارائه شده است.

از میان همه این محصولات، دی متیل اتر به دلیل آنکه غیرسمی است و به اکسید شدن فلزات نمی‌انجامد، کاربرد بیشتری دارد و در صنعت از آن به عنوان یک پایه شیمیایی، حامل هیدروژن و جایگزین پروپان در سوخت‌هایی مانند متانول، دیزل و بنزین استفاده می‌شود.

مشکل اینجاست که در فرایند تولید دی متیل اتر خالص، هیدروژنه کردن دی اکسید کربن با محدودیت همراه است. هرچه میزان دی اکسید کربن مصرفی بالاتر برود، به همان مقدار، علاوه بر دی متیل اتر، محصولات جانبی دیگر نظیر منوکسید کربن، متانول و هیدروکربن‌ها هم تولید می‌شوند.

البته برای کاهش محصولات جانبی، یک راه حل استفاده از کاتالیزور‌های دو‌منظوره مانند نانوذرات مس اصلاح‌شده با اکسید اسیدی است حال آنکه همچنان تا رسیدن به نتیجه مطلوب فاصله زیادی داریم.

به‌تازگی، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور فنگ شو شیائو (Feng-Shou Xiao) و پروفسور لیانگ وانگ (Liang Wang) از دانشگاه ژجیانگ چین، با توسعه یک کاتالیزور نانوذرات مس بسیار فعال، انتخابی و بادوام بر این محدودیت‌ها غلبه کرده است. برای پیش‌برد طرح، آن‌ها نانوذرات مس را روی پایه‌های سیلیسی آبگریز و اصلاح‌شده با گالیوم بارگذاری کردند. در فرایند سنتز دی متیل اتر از آبگیری متانول، این کاتالیزور از اسیدیته متوسطی برخودار است و مانع از آب‌گیری عمیق هیدروکربن‌ها می‌شود.

نکته مهم این است که سطح کاتالیزور آبگریز به طور موثری از تف جوشی نانوذرات مس که معمولاً توسط آب و متانول ایجاد می‌شود، جلوگیری می‌کند. در نتیجه، در شرایط واکنشی (۶۰۰۰ mL gcat–۱•h–۱, ۳ MPa, ۲۴۰ °C)، می‌توانیم از تبدیل ۹.۷ درصد دی‌اکسید کربن، به ترتیب ۵۹.۳ درصد دی متیل اتر و ۲۸.۴ درصد متانول داشته باشیم. به این ترتیب، محصول جانبی و ناخواسته منوکسید کربن به ۱۱.۳ درصد کاهش می‌یابد.

در یک ارزیابی مداوم ۱۰۰ ساعته، متوجه شدیم که این روش عملکرد بهتری در مقایسه با کاتالیزور‌های مسی دارد که با پشتیبان‌های معمولی حمایت می‌شوند.

پشتیبان کاتالیزور معمولاً به ماده‌ای گفته می‌شود که جامد است و مساحت بالایی دارد تا کاتالیزور به راحتی به آن بچسبد. فعالیت کاتالیزور‌های ناهمگن عمدتاً توسط اتم‌های موجود در سطحِ قابلِ دسترسِ ماده، ارتقا می‌یابد. در نتیجه، تلاش زیادی برای به حداکثر رساندن سطح ویژه یک کاتالیزور انجام می‌شود. یکی از روش‌های رایج برای افزایش سطح، توزیع کاتالیزور روی سطح تکیه‌گاه یا پشتیبان است. پشتیبان ممکن است بی‌اثر باشد یا در واکنش‌های کاتالیزوری شرکت کند. پشتیبان‌های معمولی شامل انواع مختلف کربن، آلومینا و سیلیس هستند.