Этот прорыв был осуществлен профессором Кван Джин Ан и его командой из Школы энергетики и химической инженерии UNIST в сотрудничестве с профессором Джа Хун Кваком (Школа энергетики и химической инженерии, UNIST), профессором Юн Даком Паком из Университета Аджу, и профессор Юн Сок Чон из Университета Ханьян.
В этой работе команда представила отличный «катализатор метаноксидазы», состоящий из наноматериалов. Этот материал имеет стабильную структуру и высокую реакционную способность при высоких температурах, повышая эффективность преобразования метана в формальдегид более чем в два раза по сравнению с предыдущим.
Метан, как и нефть, можно превратить в полезные ресурсы с помощью химических реакций.
Основным ингредиентом сланцевого газа, который в последние годы привлекает внимание в США, является метан, и технология получения ресурсов с высокой добавленной стоимостью из этого материала также признана важной. Проблема в том, что химическая структура метана настолько стабильна, что он не легко реагирует с другими веществами. До сих пор метан использовался в основном в качестве топлива для отопления и транспорта.
Для осуществления реакции, изменяющей химическую структуру метана, требуется высокая температура выше 600 ° C. Следовательно, требуется катализатор, имеющий стабильную структуру и поддерживающий реакционную способность в этой среде. Раньше оксид ванадия (V2O2) и оксид молибдена (MoO3) считались лучшими катализаторами. Когда использовались эти катализаторы, конверсия метана в формальдегид составляла менее 10%.
Профессор Ан создал катализатор, который мог преобразовывать метан в формальдегид с использованием наноматериалов. Формальдегид – полезный ресурс, широко используемый в качестве сырья для бактерицидов, консервантов, функциональных полимеров и т.п.
Катализатор имеет структуру ядро-оболочка, состоящая из наночастиц оксида ванадия, окруженных тонкой алюминиевой пленкой, с алюминиевой оболочкой, окружающей частицы оксида ванадия.
Оболочка защищает зерно и сохраняет стабильность катализатора, а также стабильность и реакционную способность даже при высоких температурах.
Фактически, когда каталитическая реакция была протестирована с этим материалом, наночастицы оксида ванадия без алюминиевых оболочек имели структурные потери при 600 ° C. и потеряли каталитическую активность.
Однако наночастицы из структур ядро-оболочка оставались стабильными даже при высоких температурах. В результате эффективность преобразования метана в формальдегид увеличилась более чем на 22%. Он превратил метан в полезный ресурс с более чем вдвое большей эффективностью.
«Каталитические наночастицы оксида ванадия окружены тонкой алюминиевой пленкой, которая эффективно предотвращает агломерацию и структурную деформацию внутренних частиц», – говорит Эйисеоб Ян из Департамента химической инженерии UNIST, участвовавший в качестве первого автора этого исследования. «Благодаря новой структуре покрытия атомного слоя наночастицами, термической стабильностью и реакционной способностью одновременно."
Это исследование особенно примечательно с точки зрения улучшения в области катализаторов, которые не достигли большого прогресса за 30 лет. Каталитическая технология производства формальдегида в метане не достигла большого прогресса с тех пор, как она была запатентована в США в 1987 году.
«Технология высокоэффективных катализаторов была разработана за пределами технологии, которая осталась долговечной», – говорит профессор Ан. "Ценность высока как энергетическая технология нового поколения, использующая богатые природные ресурсы."
Он добавляет: «Мы планируем расширить технологию производства катализаторов и процесс обработки катализаторов, чтобы мы могли расширить наши достижения лабораторного уровня в промышленном масштабе. Каталитическая технология оказывает значительное влияние на химическую промышленность и вносит свой вклад в национальную химическую промышленность. Я хочу разработать практическую технологию, которая может это сделать."