Ontdekking wat gemaak word oor die Fischer Tropsch-proses kan help om brandstofproduksie te verbeter

Navorsers van die Washington State University het voorheen onbekende selfonderhoudende ossillasies in die Fischer Tropsch-proses ontdek. Hulle het gevind dat anders as baie katalitiese reaksies wat een bestendige toestand het, hierdie reaksie periodiek heen en weer van 'n hoë na 'n lae aktiwiteitstoestand beweeg. Die ontdekking, wat in Science berig is, beteken dat hierdie goed beheerde ossillatoriese toestande in die toekoms gebruik kan word om die reaksietempo en die opbrengs van gewenste produkte te verbeter.

"Gewoonlik is tempo-ossillasies met groot variasies in temperatuur ongewens in die chemiese industrie as gevolg van veiligheidskwessies," sê die ooreenstemmende skrywer Norbert Kruse, Voiland Distinguished Professor in WSU se Gene and Linda Voiland Skool vir Chemiese Ingenieurswese en Bio-ingenieurswese. "In die huidige geval is ossillasies onder beheer en meganisties goed verstaan. Met so 'n basis van begrip, beide eksperimenteel en teoreties, kan die benadering in navorsing en ontwikkeling heeltemal anders wees, jy het werklik 'n kennisgebaseerde benadering, en dit sal help ons baie.”

Alhoewel die Fischer Tropsch-proses algemeen vir brandstof- en chemiese produksie gebruik word, het navorsers min begrip gehad van hoe die komplekse katalitiese omskakelingsproses werk. Die proses gebruik 'n katalisator om twee eenvoudige molekules, waterstof en koolstofmonoksied, om te skakel in lang kettings van molekules, die koolwaterstowwe wat wyd in die daaglikse lewe gebruik word.

Terwyl 'n proef-en-fout-benadering al vir meer as 'n eeu in navorsing en ontwikkeling in die brandstof- en chemiese industrieë gebruik word, sal navorsers nou katalisators meer doelbewus kan ontwerp en die reaksie kan instel om ossillatoriese toestande uit te lok wat die katalitiese kan verbeter. optrede.

Die navorsers het die eerste keer per ongeluk op die ossillasies afgekom nadat die gegradueerde student Rui Zhang Kruse genader het met 'n probleem: hy kon nie die temperatuur in sy reaksie stabiliseer nie. Terwyl hulle dit saam bestudeer het, het hulle die verrassende ossillasies ontdek.

“Dit was nogal snaaks,” het Kruse gesê. "Hy het dit vir my gewys, en ek het gesê: 'Rui, baie geluk, jy het ossillasies! En toe het ons hierdie storie meer en meer ontwikkel."

Die navorsers het nie net ontdek dat die reaksie ossillatoriese reaksietoestande ontwikkel nie, maar hoekom dit dit doen. Dit wil sê, soos die temperatuur van die reaksie styg as gevolg van die hitteproduksie daarvan, verloor die reaktantgasse kontak met die katalisatoroppervlak en hul reaksie vertraag, wat die temperatuur verlaag. Sodra die temperatuur laag genoeg is, neem die konsentrasie van die reaktantgasse op die katalisatoroppervlak toe en neem die reaksie weer spoed op. Gevolglik verhoog die temperatuur om die siklus te sluit.

Vir die studie het die navorsers die reaksie in 'n laboratorium gedemonstreer wat 'n gereeld gebruikte kobaltkatalisator gebruik, gekondisioneer deur seriumoksied by te voeg, en dan gemodelleer hoe dit gewerk het. Mede-outeur Pierre Gaspard aan die Université Libre de Bruxelles het 'n reaksieskema ontwikkel en teoreties periodieke veranderende temperature opgelê om die eksperimentele tempo en selektiwiteite van die reaksie te herhaal.

"Dit is so pragtig dat ons dit teoreties kon modelleer," het die ooreenstemmende skrywer Yong Wang, Regents Professor in WSU se Voiland-skool, wat ook Zhang geadviseer het, gesê. "Die teoretiese en die eksperimentele data het amper saamgeval."

Kruse werk al meer as 30 jaar aan ossillatoriese reaksies. Die ontdekking van die ossillerende gedrag met die Fischer Tropsch-reaksie was baie verbasend omdat die reaksie meganisties uiters ingewikkeld is.

"Ons het soms baie frustrasie in ons navorsing omdat dinge nie verloop soos jy dink dit moet nie, maar dan is daar oomblikke wat jy nie kan beskryf nie," het Kruse gesê. "Dit is so lonend, maar 'lonend' is 'n swak uitdrukking vir die opgewondenheid om hierdie fantastiese deurbraak te hê."

Die werk is ondersteun deur die Chambroad Chemical Industry Research Institute Co., Ltd., die National Science Foundation en die Departement van Energie se Basiese Energiewetenskappe Katalise Wetenskap-program.