Молекулярный переключатель на основе железа повышает выход реакции за счет регулирования кислотности цеолитного катализатора.
Молекулярный переключатель, или молекула, которая изменяется в ответ на различные стимулы окружающей среды, успешно изменил кислотность цеолитного катализатора, чтобы улучшить выход пара-ксилола из метанола в гетерогенном катализе или реакции, в которой катализатор или молекула, облегчающая химическую реакцию , а реагенты находятся в разных фазах, например, в жидкой и твердой фазах.
Недавнее исследование показывает, что молекулярные переключатели могут успешно изменять окислительно-восстановительное состояние или заряд умеренно кислых катализаторов реакции, улучшая активность катализатора , селективность продукта и выход реакции.
Группа инженеров-химиков недавно увеличила выход параксилола (ПХ) из метанола примерно в три-шесть раз, используя молекулярный окислительно-восстановительный переключатель на основе железа, предназначенный для изменения кислотности гетерогенного ZSM-5 (Цеолит Socony Mobil-5). катализатор. В этой реакции исследователи создали PX с помощью процесса превращения метанола в ароматические соединения (МТА), включив окислительно-восстановительный переключатель на основе железа для настройки кислотности катализатора на основе цеолита, уменьшения побочных реакций и улучшения общего выхода реакции.
Команда опубликовала результаты своего исследования в журнале Carbon Future .
«Катализатор на основе цеолита с [умеренной] кислотностью имеет первостепенное значение для получения пара-ксилола с высоким выходом из метанола», — сказал Вейчжун Цянь, главный исследователь исследования и профессор кафедры химической инженерии в Цинхуа. Университет в Пекине, Китай, и лаборатория Ордос во Внутренней Монголии, Китай.
«Но чистое восстановление реакции (метанол до ароматических соединений) привело к [постепенному снижению] кислотности катализатора и уменьшению выхода пара-ксилола. Для восстановления кислотности необходимы [R]edox-переключатели», — сказал Цянь.
Команда Цяня выбрала окислительно-восстановительный переключатель на основе оксида железа для точной настройки кислотности катализатора на основе цеолита, основываясь на его способности легко изменять условия реакции : восстановительные условия, например, преобразуют метанол в PX, тогда как окислительные условия регенерируют катализатор реакции. Окислительно-восстановительное состояние железного переключателя контролировали с помощью углеводородов или присутствия H 2 в условиях реакции, а также путем добавления воздуха в реакцию для создания окислительных условий.
Команда выполнила в общей сложности 16 циклов регенерации катализатора реакции, чтобы определить стабильность молекулярного переключателя и эффективность реакции. Продукты каждой реакции определяли с помощью газовой хроматографии в различные моменты реакции.
В конечном итоге окислительно-восстановительный переключатель на основе железа продемонстрировал стабильность в течение 16 циклов регенерации в течение 80 часов. Использование молекулярного переключателя для настройки кислотности катализатора повысило общий выход в три-шесть раз выше, чем сообщалось ранее в реакциях МТА, и в пять-10 раз выше, чем при каталитическом риформинге реакций нафты, который является основным способом производства PX сегодня.
«Пара-ксилол остается… самым важным ароматическим [соединением при получении] синтетических волокон , [таких как ПЭТ, которого ежегодно производится более 60 миллионов тонн], для производства одежды. Но его приготовление обычно имеет низкую эффективность, [требует] больших затрат энергии [и] длинноцепных реакций и путей разделения. [Это] крайне нежелательно в эпоху углеродной нейтральности», — сказал Цянь.
Хотя молекулярные переключатели часто используются в других областях, таких как информатика и молекулярная биология, они реже используются в химической технологии для регенерации катализаторов. Это исследование может способствовать использованию окислительно-восстановительных переключателей для повышения эффективности других химических реакций.
В качестве следующего шага команда хочет улучшить стабильность катализатора реакции. В целом, исследовательская группа стремится производить PX наиболее эффективными по времени, энергии и затратами способами. «Конечной целью будет прямое производство пара-ксилола высокой чистоты и с высоким выходом из метанола, [без необходимости использования] ароматического комплекса, самой энергозатратной единицы в [процессе] каталитического риформинга нафты с получением пара-ксилола. - сказал Цянь.
Недавнее исследование показывает, что молекулярные переключатели могут успешно изменять окислительно-восстановительное состояние или заряд умеренно кислых катализаторов реакции, улучшая активность катализатора , селективность продукта и выход реакции.
Группа инженеров-химиков недавно увеличила выход параксилола (ПХ) из метанола примерно в три-шесть раз, используя молекулярный окислительно-восстановительный переключатель на основе железа, предназначенный для изменения кислотности гетерогенного ZSM-5 (Цеолит Socony Mobil-5). катализатор. В этой реакции исследователи создали PX с помощью процесса превращения метанола в ароматические соединения (МТА), включив окислительно-восстановительный переключатель на основе железа для настройки кислотности катализатора на основе цеолита, уменьшения побочных реакций и улучшения общего выхода реакции.
Команда опубликовала результаты своего исследования в журнале Carbon Future .
«Катализатор на основе цеолита с [умеренной] кислотностью имеет первостепенное значение для получения пара-ксилола с высоким выходом из метанола», — сказал Вейчжун Цянь, главный исследователь исследования и профессор кафедры химической инженерии в Цинхуа. Университет в Пекине, Китай, и лаборатория Ордос во Внутренней Монголии, Китай.
«Но чистое восстановление реакции (метанол до ароматических соединений) привело к [постепенному снижению] кислотности катализатора и уменьшению выхода пара-ксилола. Для восстановления кислотности необходимы [R]edox-переключатели», — сказал Цянь.
Команда Цяня выбрала окислительно-восстановительный переключатель на основе оксида железа для точной настройки кислотности катализатора на основе цеолита, основываясь на его способности легко изменять условия реакции : восстановительные условия, например, преобразуют метанол в PX, тогда как окислительные условия регенерируют катализатор реакции. Окислительно-восстановительное состояние железного переключателя контролировали с помощью углеводородов или присутствия H 2 в условиях реакции, а также путем добавления воздуха в реакцию для создания окислительных условий.
Команда выполнила в общей сложности 16 циклов регенерации катализатора реакции, чтобы определить стабильность молекулярного переключателя и эффективность реакции. Продукты каждой реакции определяли с помощью газовой хроматографии в различные моменты реакции.
В конечном итоге окислительно-восстановительный переключатель на основе железа продемонстрировал стабильность в течение 16 циклов регенерации в течение 80 часов. Использование молекулярного переключателя для настройки кислотности катализатора повысило общий выход в три-шесть раз выше, чем сообщалось ранее в реакциях МТА, и в пять-10 раз выше, чем при каталитическом риформинге реакций нафты, который является основным способом производства PX сегодня.
«Пара-ксилол остается… самым важным ароматическим [соединением при получении] синтетических волокон , [таких как ПЭТ, которого ежегодно производится более 60 миллионов тонн], для производства одежды. Но его приготовление обычно имеет низкую эффективность, [требует] больших затрат энергии [и] длинноцепных реакций и путей разделения. [Это] крайне нежелательно в эпоху углеродной нейтральности», — сказал Цянь.
Хотя молекулярные переключатели часто используются в других областях, таких как информатика и молекулярная биология, они реже используются в химической технологии для регенерации катализаторов. Это исследование может способствовать использованию окислительно-восстановительных переключателей для повышения эффективности других химических реакций.
В качестве следующего шага команда хочет улучшить стабильность катализатора реакции. В целом, исследовательская группа стремится производить PX наиболее эффективными по времени, энергии и затратами способами. «Конечной целью будет прямое производство пара-ксилола высокой чистоты и с высоким выходом из метанола, [без необходимости использования] ароматического комплекса, самой энергозатратной единицы в [процессе] каталитического риформинга нафты с получением пара-ксилола. - сказал Цянь.