馬里蘭大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的反應(yīng)器，用于選擇性地將甲烷轉(zhuǎn)化成更有價(jià)值的化合物而不產(chǎn)生CO2。新的反應(yīng)器配置使用了一種稱為甲烷直接非氧化轉(zhuǎn)化(DNMC)的工藝。新型DNMC反應(yīng)器由多孔鍶鈰鋯氧化物空心管組成，覆蓋著一層25 μm厚的摻雜銪離子的膜。該管中裝有鐵硅催化劑，可裂解甲烷中的初始C—H鍵。由此產(chǎn)生的甲基基團(tuán)結(jié)合生成乙烯、苯、萘和其他碳?xì)浠衔?。反?yīng)生成的氫以質(zhì)子和電子的形式滲透過膜，與空氣流相遇，與氧氣反應(yīng)生成水和熱。讓氫穿過膜會(huì)改變反應(yīng)平衡，使得更多的甲烷轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。同時(shí)，氫和氧的結(jié)合能夠產(chǎn)生足夠的熱量來促進(jìn)甲烷的裂解。少量氧氣通過膜進(jìn)入反應(yīng)管，在反應(yīng)管中燃燒掉沉積在催化劑上的所有碳，生成CO。最初的試驗(yàn)使用了一個(gè)17 cm長的反應(yīng)器，在1 030 ℃下進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明，在50多個(gè)小時(shí)內(nèi)，甲烷的轉(zhuǎn)化率為18%。研究者稱，他們最近進(jìn)行了一些改進(jìn)，能夠使甲烷的轉(zhuǎn)化率達(dá)到30%。此前，在類似的膜反應(yīng)器中，甲烷轉(zhuǎn)化的最佳性能是轉(zhuǎn)化率約15%。早期的膜反應(yīng)器也遇到了由于催化劑上積累了含碳沉積物而造成催化劑快速失活的問題。DNMC反應(yīng)器和催化劑系統(tǒng)對有價(jià)值的高相對分子質(zhì)量產(chǎn)品的選擇性非常高。參與DNMC反應(yīng)的近97%的碳原子被合成為更高價(jià)值的產(chǎn)品，比如苯和乙烯。馬里蘭大學(xué)的研究者最近成立了一家名為Alchemity的公司，以擴(kuò)大和商業(yè)化其反應(yīng)器。這項(xiàng)技術(shù)在美國專利US10525407中有所描述。

[許建耘 摘譯自Focus on Catalysts，2022-02-02]