• Home
  • Química
  • Astronomia
  • Energia
  • Natureza
  • Biologia
  • Física
  • Eletrônicos
  •  science >> Ciência >  >> Química
    Os nêutrons otimizam o catalisador de alta eficiência para uma abordagem mais ecológica à síntese de biocombustíveis

    Ilustração do catalisador zeólito otimizado (NbAlS-1), que permite uma reação química altamente eficiente para criar buteno, uma fonte renovável de energia, sem gastar grandes quantidades de energia para a conversão. Crédito:ORNL / Jill Hemman

    Pesquisadores liderados pela Universidade de Manchester desenvolveram um catalisador que converte biomassa em fontes de combustível com eficiência notavelmente alta e oferece novas possibilidades para a fabricação de materiais renováveis ​​avançados.

    Os experimentos de espalhamento de nêutrons no Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia desempenharam um papel fundamental na determinação da dinâmica química e comportamental de um catalisador zeólito - zeólita é um material poroso comum usado em catálise comercial - para fornecer informações para maximizar seu desempenho.

    O catalisador otimizado, chamado NbAlS-1, converte matérias-primas derivadas de biomassa em olefinas leves - uma classe de produtos petroquímicos como o eteno, propeno, e buteno, usado para fazer plásticos e combustíveis líquidos. O novo catalisador tem um rendimento impressionante de mais de 99%, mas requer muito menos energia em comparação com seus predecessores. A pesquisa da equipe é publicada na revista Materiais da Natureza .

    "A indústria depende fortemente do uso de olefinas leves do petróleo bruto, mas sua produção pode ter impactos negativos sobre o meio ambiente, "disse o autor principal Longfei Lin, da Universidade de Manchester." Os catalisadores anteriores que produziam buteno a partir de compostos oxigenados purificados exigiam muita energia, ou temperaturas extremamente altas. Este novo catalisador converte diretamente os compostos oxigenados brutos usando condições muito mais suaves e com significativamente menos energia e é mais ecológico. "

    Biomassa é matéria orgânica que pode ser convertida e usada como combustível e matéria-prima. É comumente derivado de sobras de resíduos agrícolas, como madeira, Relva, e palha que é quebrada e alimentada em um catalisador que o converte em buteno - um gás rico em energia usado pelas indústrias química e de petróleo para fazer plásticos, polímeros e combustíveis líquidos que, de outra forma, são produzidos a partir do petróleo.

    Tipicamente, uma reação química requer uma quantidade enorme de energia para quebrar as fortes ligações formadas por elementos como o carbono, oxigênio, e hidrogênio. Algumas ligações podem exigir o aquecimento a 1, 000 ° C (mais de 1, 800 ° F) e mais quente antes que as ligações sejam quebradas.

    Para um design mais ecológico, a equipe dopou o catalisador substituindo os átomos de silício da zeólita por nióbio e alumínio. A substituição cria um estado quimicamente desequilibrado que promove a separação da ligação e reduz radicalmente a necessidade de altos graus de tratamentos térmicos.

    "A química que ocorre na superfície de um catalisador pode ser extremamente complicada. Se você não tiver cuidado ao controlar coisas como a pressão, temperatura, e concentração, você vai acabar fazendo muito pouco buteno, "disse o pesquisador do ORNL Yongqiang Cheng." Para obter um alto rendimento, você tem que otimizar o processo, e para otimizar o processo, você precisa entender como ele funciona. "

    Os nêutrons são adequados para estudar reações químicas desse tipo devido às suas propriedades de penetração profunda e sensibilidade aguda a elementos leves como o hidrogênio. O espectrômetro VISION na Spallation Neutron Source do ORNL permitiu aos pesquisadores determinar com precisão quais ligações químicas estavam presentes e como elas se comportavam com base nas assinaturas vibracionais das ligações. Essa informação permitiu-lhes reconstruir a sequência química necessária para otimizar o desempenho do catalisador.

    "Há muitas tentativas e erros associados ao projeto de um catalisador de alto desempenho como o que desenvolvemos, "disse o autor correspondente Sihai Yang da Universidade de Manchester." Quanto mais entendemos como funcionam os catalisadores, mais podemos orientar o processo de design de materiais de próxima geração. "

    As medições de difração de raios-X síncrotron na fonte de luz Diamond do Reino Unido foram usadas para determinar a estrutura atômica do catalisador e as medições de espalhamento de nêutrons complementares foram feitas na fonte de nêutrons e muons ISIS do Laboratório Rutherford Appleton.

    Além de Lin, Cheng, e Yang, a lista de co-autores inclui Alena M. Sheveleva, Ivan da Silva, Christopher M. A. Parlett, Zhimou Tang, Yueming Liu, Mengtian Fan, Xue Han, Joseph H. Carter, Floriana Tuna, Eric J. L. McInnes, Luke L. Daemen, Svemir Rudić, Anibal J. Ramirez-Cuesta, e Chiu C. Tang.


    © Ciência https://pt.scienceaq.com