Pela primeira vez, pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities descobriram um novo método pelo qual um catalisador pode ser usado para queimar seletivamente uma molécula em uma mistura de hidrocarbonetos, compostos feitos de hidrogênio e átomos de carbono.
Esse novo método pode ajudar na remoção de poluentes e melhorar a eficiência para processos industriais que variam da produção de combustíveis e medicamentos a fertilizantes e plásticos
A pesquisa é publicada em Ciência.
Usando um catalisador de óxido de bismuto – uma substância que acelera uma reação química -, os pesquisadores podem queimar seletivamente uma molécula em uma mistura de combustíveis. Os pesquisadores mostraram que você pode efetivamente combustar até pequenas quantidades de acetileno em misturas com etileno. A remoção do acetileno é um processo essential para evitar o envenenamento dos catalisadores de polimerização, o que é very important para a produção de plásticos de polietileno, um mercado que excede 120 milhões de toneladas métricas anualmente.
“Ninguém mais mostrou que você pode combater um hidrocarboneto presente em baixas concentrações, em misturas com outras pessoas”, disse Aditya Bhan, um distinto professor da McKnight College no Departamento de Engenharia Química e Ciência dos Materiais e investigador líder no artigo.
Convencionalmente, os processos de combustão são usados para queimar todas as misturas de combustível de hidrocarbonetos a altas temperaturas para produzir calor. O uso de um catalisador permitiu aos pesquisadores enfrentar o desafio de queimar uma molécula, mas não os outros. O catalisador de óxido de bismuto é único, pois fornece seu próprio oxigênio durante a combustão, em vez de usar oxigênio de uma fonte externa, em um processo chamado loop químico.
“Conseguimos tirar oxigênio do catalisador e colocá -lo de volta várias vezes, onde o catalisador muda ligeiramente, mas sua reatividade não é impactada. Operando neste modo de loop químico evita preocupações com inflamabilidade”, disse Matthew Jacob, uma universidade de Minnesota Chemical Engineering Ph.D. candidato e primeiro autor no jornal.
Tradicionalmente, a eliminação de pequenas concentrações de contaminantes é muito desafiadora e intensiva em energia, mas esse novo método pode fornecer uma alternativa mais eficiente em termos de energia.
“Você deseja fazer esse processo seletivamente. Remover o acetileno e outros contaminantes de hidrocarbonetos de rastreamento dessa maneira pode ser mais eficiente em termos energéticos”, disse Matthew Neurock, professor do Departamento de Engenharia Química e Ciência dos Materiais e co-autor sênior no artigo. “Você só quer poder entrar em uma mistura de gás para remover algumas moléculas sem tocar o restante das moléculas”.
Os pesquisadores disseram que o impacto a longo prazo pode ser alto porque os catalisadores são usados em praticamente qualquer coisa que tocamos na sociedade moderna-desde a produção de combustíveis e medicamentos a fertilizantes e plásticos. Compreender como as moléculas combustam – e não combustam – nas superfícies do catalisador é valioso para tornar os combustíveis e a produção de plásticos mais eficientes.
“Se pudermos entender como um catalisador funciona, em um nível atômico molecular, podemos adaptá-lo a qualquer reação específica”, disse Simon Naked, um cientista distinto do Laboratório Nacional de Acelerador da SLAC da Universidade de Stanford e co-autor do estudo . “Isso pode nos ajudar a entender como os catalisadores, que produzem combustíveis e produtos químicos necessários na vida moderna, reagem ao seu ambiente”.
Além de Bhan, Jacob, Neurock e Naked, o Departamento de Engenharia Química da Universidade de Minnesota e a equipe de ciência de materiais incluía os estudantes de pós-graduação Rishi Raj e Huy Nguyen e o professor Andre Mkhoyan, junto com Javier Garcia-Barriocanal da Universidade de Minnesota Caracterização Facility Facility Facility Facility Facility Caracterização . Os membros adicionais da equipe incluíram Jiyun Hong, Jorge E. Perez-Aguilar e Adam S. Hoffman, do SLAC Nationwide Accelerator Laboratory da Universidade de Stanford.
Este trabalho foi financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências da Energia Básica. O trabalho foi concluído em colaboração com a instalação de caracterização da Universidade de Minnesota e o Minnesota Supercomputing Institute.
Leia todo o artigo de pesquisa intitulado “Combustão seletiva de loop química de acetileno em fluxos ricos em etileno”, visite oCiência web site.
