تبدیل متان به متانول با فناوری جدید در دمای اتاق

دانشمندان یک روش کارآمد جدید برای تبدیل متان به متانول در دمای اتاق ایجاد کرده اند. این تکنیک می‌تواند به کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای کمک کند و راهی با آلودگی کمتر برای تولید محصولات کلیدی ارائه کند.

در حالی که دی اکسید کربن بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد، این تنها گاز گلخانه‌ای نیست که آب و هوای زمین را تغییر می‌دهد. متان در مقادیر کمتری منتشر می‌شود، اما ۳۴ برابر قوی‌تر است؛ بنابراین کاهش سطح آن همچنان در اولویت است. متان اضافی حاصل از فرآیند‌های صنعتی اغلب سوزانده می‌شود، اما CO ۲ تولید می‌کند.

این ایده، یک جایگزین رایج برای تبدیل متان به متانول است که می‌تواند برای تولید طیف وسیعی از محصولات مانند سوخت، پلاستیک و مصالح ساختمانی استفاده شود.

مشکل این است که فرآیند تبدیل معمولاً به دما و فشار بالا نیاز دارد که باعث می‌شود آن را پر انرژی کند.

در سال‌های اخیر، دانشمندان روی کاتالیزور‌های جدیدی آزمایش کرده‌اند که در تبدیل متان به متانول در دمای اتاق و فشار محیط، از جمله کاتالیزور تیتانیوم و مس و راه‌هایی برای بهبود بلور‌های زئولیت آهن، امیدوارکننده هستند.

برای مطالعه جدید، محققان دانشگاه منچستر و آزمایشگاه اوک ریج، تکنیک جدیدی را با استفاده از چارچوب فلزی-آلی (MOF) به عنوان کاتالیزور توسعه دادند.

این ساختار‌ها بسیار متخلخل هستند و در این مورد آن منافذ حاوی اجزای مختلفی هستند که هر کدام در فرآیند کاتالیزوری نقش دارند.

ابتدا متان و اکسیژن با آب مخلوط می‌شوند و سپس به طور مداوم از طریق دانه‌های MOF جریان می‌یابد. قرار دادن MOF در معرض نور خورشید یک واکنش شیمیایی را ایجاد می‌کند و متان گازی را به متانول مایع تبدیل می‌کند که سپس می‌تواند به راحتی از آب استخراج شود.

نکته اصلی که این تبدیل خاص را بسیار دشوار می‌کند، شکستن پیوند کربن-هیدروژن در متان به منظور وارد کردن یک اتم اکسیژن برای تشکیل پیوند جدید و ساخت متانول است.

در این حالت، اجزایی که در MOF نگهداری می‌شوند، نور را جذب می‌کنند و الکترون‌ها را تولید می‌کنند که سپس به اکسیژن و متان جریان می‌یابند و باعث می‌شوند که آن‌ها با هم ترکیب شوند و متانول را تشکیل دهند.

در آزمایش‌ها، کاتالیزور جامد می‌توانست به طور موثر کار کند و حداقل ۱۰ بار شسته شود و دوباره استفاده شوند که برای حداقل ۲۰۰ ساعت زمان واکنش قابل استفاده است. با اصلاح بیشتر، این تکنیک می‌تواند به کاهش انتشار متان و همچنین ردپای زیست محیطی تولید متانول کمک کند.

مارتین شرودر، نویسنده مسئول این مطالعه گفت: این فرآیند به عنوان عنصر طلایی کاتالیزور نامیده می‌شود.

به جای سوزاندن متان، اکنون ممکن است بتوان گاز را مستقیماً به متانول تبدیل کرد. یک ماده شیمیایی با ارزش بالا که می‌تواند برای تولید سوخت‌های زیستی، حلال ها، آفت کش‌ها و افزودنی‌های سوخت برای وسایل نقلیه استفاده شود.

این ماده جدید MOF همچنین می‌تواند انواع دیگر واکنش‌های شیمیایی را به عنوان نوعی لوله آزمایش که در آن می‌توانیم مواد مختلف را ترکیب کنیم تا نحوه واکنش آن‌ها را مشاهده کنیم، تسهیل کند.

این تحقیق در مجله Nature Materials منتشر شده است.