نانوکاتالیستی برای تبدیل پروپان به پروپیلن در دمای پایین

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، دهیدروژناسیون متداول پروپان (PDH) واکنشی گرمازا و محدود به تعادل است که برای دستیابی به بازدهی بالا در تولید پروپیلن، به دمای بالا نیاز دارد. دهیدروژناسیون اکسیداتیو پروپان پتانسیل تشکیل پروپیلن را در دما‌های بسیار پایین‌تر و انتخابی‌تر فراهم می‌کند که این کار با کنترل واکنش به‌صورت سینتیکی، نه ترمودینامیکی، انجام می‌شود. با این وجود ثابت شده‌ است که جلوگیری از احتراق زیاد پروپان و تولید مقادیر کافی پروپیلن دشوار است.

یک کاتالیزور جدید که توسط محققان دانشگاه نورث وسترن طراحی و ساخته شده است نتایج خوبی در پروپان دهیدروژناسیون اکسیداتیو به پروپیلن ارائه داده است. این کاتالیست انتخاب‌گری ۷۵ درصد و نرخ تبدیل پروپان ۴۰ درصد را داشته است. این کاتالیست نیاز به درجه حرارت ۴۵۰ درجه سانتیگراد دارد در حالی که دمای مورد نیاز برای PDH معمول در حدود ۶۰۰ درجه سانتیگراد است.

این کاتالیزور شامل یک پوسته ۲ نانومتری از جنس In ۲ O ۳ است که توسط فرآیند لایه‌نشانی اتمی (ALD) روی سطح یک کاتالیزور PDH موجود (نانوذرات Pt روی کره‌های Al ۲ O ۳) رشد کرده است. لایه‌بندی In ۲ O ۳ موجب می‌شود تا نانوذرات Pt تا حدی در معرض فرآیند قرار گیرند و In ۲ O ۳ که به‌طور انتخابی احتراق هیدروژن را کاتالیز می‌کند، در مجاورت با ذرات Pt قرار داشته باشند.

جاستین نوتستین، استاد دانشگاه نورث وسترن توضیح می‌دهد: «بعد از اینکه اتم‌های H از پروپان با کمک کاتالیزور Pt از روی پروپان خارج شدند، می‌توانند در سطح به In ۲ O ۳ پخش شوند و آب تشکیل دهند.»

وی می‌گوید: «برای این کاتالیست، ما باید اتم‌های H را خیلی سریع بسوزانیم، به طوری که اکسیژن برای اکسید کردن پروپان یا پروپیلن در سطح Pt در دسترس نماند.»

جاستین نوتستین اظهار داشت: «با این کاتالیست، نه تنها می‌توانید از دست دادن اکسیداتیو هیدروژناسیون در دما‌های پایین بدون برخورد با محدودیت‌های ترمودینامیکی بهره‌مند شوید، بلکه به گرم شدن مداوم نیز نیاز نیست.»

بودجه این پروژه توسط مرکز ملی علوم تحولات نوآورانه و استراتژیک منابع آلکان (CISTAR) تأمین شده است.