Fischer Tropsch süreciyle ilgili yapılan keşif, yakıt üretimini iyileştirmeye yardımcı olabilir

Washington Eyalet Üniversitesi araştırmacıları, Fischer Tropsch sürecinde daha önce bilinmeyen, kendi kendine devam eden salınımları keşfetti. Tek bir kararlı duruma sahip birçok katalitik reaksiyonun aksine, bu reaksiyonun periyodik olarak yüksek aktivite durumundan düşük aktivite durumuna doğru ileri geri hareket ettiğini bulmuşlardır. Science dergisinde bildirilen keşif, bu iyi kontrol edilen salınım durumlarının gelecekte reaksiyon hızını ve istenen ürünlerin verimini arttırmak için kullanılabileceği anlamına geliyor.

WSU'nun Gene ve Linda Voiland Kimya Mühendisliği ve Biyomühendislik Okulu'nda Voiland Seçkin Profesörü olan ilgili yazar Norbert Kruse, "Genellikle sıcaklıktaki büyük değişikliklere sahip oran salınımları, güvenlik endişeleri nedeniyle kimya endüstrisinde istenmeyen bir durumdur" dedi. "Mevcut durumda salınımlar kontrol altındadır ve mekanik olarak iyi anlaşılmıştır. Hem deneysel hem de teorik olarak böyle bir anlayış temelinde araştırma ve geliştirmedeki yaklaşım tamamen farklı olabilir, gerçekten bilgiye dayalı bir yaklaşıma sahip olursunuz ve bu da bize çok yardımcı olun."

Fischer Tropsch süreci yakıt ve kimyasal üretimi için yaygın olarak kullanılmasına rağmen araştırmacılar karmaşık katalitik dönüşüm sürecinin nasıl çalıştığına dair çok az anlayışa sahipti. İşlem, iki basit molekülü (hidrojen ve karbon monoksit), günlük yaşamda yaygın olarak kullanılan hidrokarbonlar olan uzun molekül zincirlerine dönüştürmek için bir katalizör kullanıyor.

Yakıtlar ve kimya endüstrilerindeki araştırma ve geliştirmede bir asırdan fazla bir süredir deneme-yanılma yaklaşımı kullanılmış olsa da, araştırmacılar artık katalizörleri daha bilinçli bir şekilde tasarlayabilecek ve reaksiyonu, katalitik performansı iyileştirebilecek salınımlı durumları tetikleyecek şekilde ayarlayabilecek. verim.

Araştırmacılar salınımlarla ilk kez yüksek lisans öğrencisi Rui Zhang'ın Kruse'ye bir sorunla yaklaşmasıyla tesadüfen karşılaştılar: Kruse, tepkisindeki sıcaklığı dengeleyemiyordu. Birlikte incelediklerinde şaşırtıcı salınımları keşfettiler.

Kruse, "Bu oldukça komikti" dedi. "Bunu bana gösterdi ve ben de 'Rui, tebrikler, tereddütlerin var! Sonra bu hikayeyi giderek daha da geliştirdik' dedim."

Araştırmacılar sadece reaksiyonun salınımlı reaksiyon durumları geliştirdiğini değil aynı zamanda neden böyle olduğunu da keşfettiler. Yani, ısı üretimi nedeniyle reaksiyonun sıcaklığı arttıkça, reaktant gazlar katalizör yüzeyi ile temasını kaybeder ve reaksiyonları yavaşlar, bu da sıcaklığı düşürür. Sıcaklık yeterince düşük olduğunda, reaksiyona giren gazların katalizör yüzeyindeki konsantrasyonu artar ve reaksiyon yeniden hızlanır. Sonuç olarak, döngüyü kapatmak için sıcaklık artar.

Araştırma için araştırmacılar, reaksiyonu sıklıkla kullanılan bir kobalt katalizörü kullanan, seryum oksit eklenerek koşullandırılan bir laboratuarda gösterdiler ve ardından nasıl çalıştığını modellediler. Université Libre de Bruxelles'den ortak yazar Pierre Gaspard bir reaksiyon şeması geliştirdi ve reaksiyonun deneysel hızlarını ve seçiciliklerini kopyalamak için teorik olarak periyodik olarak değişen sıcaklıklar uyguladı.

WSU'nun Voiland Okulu'ndaki Regents Profesörü ve aynı zamanda Zhang'a danışmanlık yapan ilgili yazar Yong Wang, "Bunu teorik olarak modelleyebilmemiz çok güzel" dedi. "Teorik ve deneysel veriler neredeyse çakıştı."

Kruse 30 yılı aşkın süredir salınımlı reaksiyonlar üzerinde çalışıyor. Fischer Tropsch reaksiyonunda salınım davranışının keşfi çok şaşırtıcıydı çünkü reaksiyon mekanik olarak son derece karmaşıktı.

Kruse, "Araştırmamızda bazen çok fazla hayal kırıklığı yaşıyoruz çünkü işler düşündüğünüz gibi gitmiyor, ancak tarif edemediğiniz anlar da oluyor" dedi. "Bu çok ödüllendirici, ancak 'ödüllendirici' zayıf bir kavramdır" Bu muhteşem atılımı gerçekleştirmenin heyecanının ifadesi."

Çalışma, Chambroad Kimya Endüstrisi Araştırma Enstitüsü Co., Ltd., Ulusal Bilim Vakfı ve Enerji Bakanlığının Temel Enerji Bilimleri Kataliz Bilimi programı tarafından desteklendi.