Ethylene (C 2 H 4 ) là một hợp chất rất dễ cháy được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất bao bì và các mặt hàng làm từ nhựa, công nghiệp hóa chất, nông nghiệp và chăm sóc sức khỏe. Phát triển các phương pháp hiệu quả và bền vững để sản xuất ethylene trên quy mô lớn có thể giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với loại hydrocarbon đa năng này.
Đặc tính cấu trúc của chất xúc tác. a, Mẫu PXRD của mẫu LMCO (θ là một nửa góc nhiễu xạ). b, Ảnh HRTEM của LMCO-10. c, Phổ XPS của Mn 2p đối với các mẫu LMCO-0 và LMCO-10. d, Phổ XPS của O 1s đối với LMCO-0 và LMCO-10. e, f, SFLP trên LMCO-0 (e) và LMCO-10 (f). Các màu đỏ, trắng, tím, vàng và xanh lần lượt là các nguyên tử O, H, Mn, Cu và La. Nguồn: Năng lượng thiên nhiên (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01541-7
Một cách khả thi để sản xuất ethylene là chuyển đổi hydrocarbon ethane (C2H6), có nhiều trong khí tự nhiên, thành ethylene và hydro. Tuy nhiên, các phương pháp được đề xuất để thực hiện điều này đòi hỏi nguồn điện lớn và do đó tạo ra lượng khí thải carbon đáng kể.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Soochow, Đại học Toronto và các viện nghiên cứu khác gần đây đã giới thiệu một phương pháp mới để sản xuất ethylene thông qua quá trình khử hydro quang xúc tác bằng năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng oxit perovskite LaMn1−xCuxO3. Perovskite này, được nêu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy, sở hữu những đặc tính thuận lợi khiến nó trở thành chất xúc tác quang chọn lọc đầy hứa hẹn để chuyển đổi ethane thành ethylene và hydro bằng ánh sáng mặt trời hoặc đèn LED.
Rui Song, Guanshu Zhao và các đồng nghiệp của họ viết trong bài báo: “Việc sản xuất ethylene ở quy mô công nghiệp diễn ra chủ yếu bằng quá trình nứt ethane bằng hơi nước chạy bằng năng lượng hóa thạch - một quá trình ở nhiệt độ cao, năng lượng cao”. "Một con đường thay thế, quang hóa, được cung cấp năng lượng bởi ánh sáng mặt trời và hoạt động trong điều kiện môi trường xung quanh có thể có khả năng giảm thiểu một số phát thải khí nhà kính liên quan. Chúng tôi báo cáo quá trình khử hydro bằng quang xúc tác của ethane thành ethylene và hydro bằng cách sử dụng LaMn1−xCuxO3."
Song, Zhao và các đồng nghiệp của họ đã chứng minh rằng bằng cách sử dụng oxit perovskite LaMn1−xCuxO3 làm chất xúc tác quang, họ có thể chuyển đổi ethane thành ethylene và hydro một cách hiệu quả mà không cần nguồn nhiệt bên ngoài. Việc chuyển đổi này có thể đạt được bằng cách sử dụng đèn năng lượng mặt trời hoặc đèn LED, do đó lượng khí thải carbon thấp hơn.
"Ôxít perovskite này có các vị trí axit Lewis hoạt động oxi hóa khử, bao gồm Mn(III) và Mn(IV), và các vị trí bazơ Lewis, bao gồm O(-II) và OH(-I), được gọi chung là các cặp Lewis bị hỏng bề mặt," nhóm đã viết. “Chúng tôi thấy rằng việc điều chỉnh tỷ lệ tương đối của các vị trí này sẽ tối ưu hóa hoạt động, độ chọn lọc và hiệu suất cho quá trình khử hydro ethane.”
Các nhà nghiên cứu đã đánh giá phương pháp sản xuất ethylene sử dụng năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng thiết bị nguyên mẫu trên mái nhà và đạt được tỷ lệ sản xuất ethylene đáng chú ý. Ngoài ra, họ còn tiến hành các phân tích kinh tế và kỹ thuật toàn diện, trong đó nêu bật tiềm năng kinh tế to lớn của giải pháp họ đề xuất.
Song, Zhao và các đồng nghiệp của họ viết: “Tỷ lệ sản xuất ethylene và chuyển đổi ethane cao nhất đạt được lần lượt là khoảng 1,1 mmol g−1 h−1 và 4,9%”. "Chúng tôi trình diễn một nguyên mẫu đơn giản ngoài trời để chứng minh khả năng tồn tại của quy trình ethylene năng lượng mặt trời. Ngoài ra, phân tích kinh tế-kỹ thuật cho thấy tiềm năng kinh tế của việc sản xuất ethylene năng lượng mặt trời từ ethane ở quy mô công nghiệp."
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
