Immagine schematica che mostra SiO 2 @V 2 oh 5 @Al 2 oh 3 nanostrutture core@shell. Credito:UNIST
Il componente principale del gas naturale, metano, è di per sé un potente gas serra. Uno studio recente, affiliato con l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) della Corea del Sud ha presentato un catalizzatore ad alte prestazioni per la conversione del metano in formaldeide.
Questa svolta è stata guidata dal professor Kwang-jin Ahn e dal suo team presso la Scuola di ingegneria energetica e chimica dell'UNIST in collaborazione con il professor Ja Hun Kwak (Scuola di ingegneria energetica e chimica, UNISTA), Professore Eun Duck Park dell'Università di Ajou, e il professor Yoon Seok Jung dell'Università di Hanyang.
In questo lavoro, il team ha presentato un eccellente "catalizzatore di metano ossidasi" costituito da nanomateriali. Questo materiale ha una struttura stabile e un'elevata reattività alle alte temperature, aumentando l'efficienza della conversione del metano in formaldeide più del doppio rispetto a prima.
Metano, come il petrolio, possono essere convertiti in risorse utili attraverso reazioni chimiche. L'ingrediente principale del gas di scisto, che sta attirando l'attenzione negli Stati Uniti negli ultimi anni, è metano, e anche la tecnologia per realizzare risorse ad alto valore aggiunto con questo materiale è riconosciuta come importante. Il problema è che la struttura chimica del metano è così stabile che non reagisce facilmente ad altre sostanze. Finora, il metano è stato utilizzato principalmente come combustibile per il riscaldamento e il trasporto.
È necessaria una temperatura elevata superiore a 600°C per effettuare una reazione che modifica la struttura chimica del metano. Perciò, è richiesto un catalizzatore avente una struttura stabile e che mantenga la reattività in questo ambiente. In precedenza, ossido di vanadio (V 2 oh 2 ) e ossido di molibdeno (MoO 3 ) erano noti per essere i migliori catalizzatori. Quando sono stati utilizzati questi catalizzatori, la conversione della formaldeide del metano era inferiore al 10%.
Preparazione schematica di SiO 2 @V 2 oh 5 @Al 2 oh 3 nanostrutture core@shell. Diritto d'autore :UNIST
Il professor Ahn ha realizzato un catalizzatore in grado di convertire il metano in formaldeide utilizzando nanomateriali. La formaldeide è una risorsa utile ampiamente utilizzata come materia prima per battericidi, conservanti, polimeri funzionali e simili.
Il catalizzatore ha una struttura core-shell costituita da nanoparticelle di ossido di vanadio circondate da un sottile film di alluminio, con il guscio di alluminio che circonda le particelle di ossido di vanadio. Il guscio protegge il grano e mantiene stabile il catalizzatore e mantiene stabilità e reattività anche alle alte temperature.
Infatti, quando la reazione catalitica è stata testata con questo materiale, nanoparticelle di ossido di vanadio senza gusci di alluminio hanno avuto una perdita strutturale a 600 ° C. e perdita di attività catalitica. Però, le nanoparticelle costituite da strutture core-shell sono rimaste stabili anche a temperature elevate. Di conseguenza, l'efficienza della conversione del metano in formaldeide è aumentata di oltre il 22%. Ha trasformato il metano in una risorsa utile con più del doppio dell'efficienza.
"Le nanoparticelle catalitiche di ossido di vanadio sono circondate da un sottile film di alluminio, che previene efficacemente l'agglomerazione e la deformazione strutturale delle particelle interne, ", afferma Euiseob Yang del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'UNIST, ha partecipato come primo autore di questo studio. "Attraverso la nuova struttura di copertura dello strato atomico con nanoparticelle, stabilità termica e reattività allo stesso tempo."
Questa ricerca è particolarmente degna di nota in termini di miglioramento nel campo dei catalizzatori, che non ha fatto grandi progressi in 30 anni. La tecnologia catalitica per produrre formaldeide nel metano non ha fatto molti progressi da quando è stata brevettata negli Stati Uniti nel 1987.
"La tecnologia del catalizzatore ad alta efficienza è stata sviluppata oltre i limiti della tecnologia che è rimasta una tecnologia di lunga durata, " afferma il professor Ahn. "Il valore è elevato come tecnologia energetica di nuova generazione che utilizza abbondanti risorse naturali".
Aggiunge, "Abbiamo in programma di espandere la tecnologia di produzione del catalizzatore e il processo di processo del catalizzatore in modo da poter espandere i nostri risultati a livello di laboratorio a livello industriale. La tecnologia del catalizzatore ha un effetto considerevole sull'industria chimica e contribuisce all'industria chimica nazionale. Voglio sviluppare una pratica tecnologia in grado di farlo".
