Mengubah metana menjadi metanol dalam kondisi sekitar menggunakan cahaya

Gas alam, terutama terdiri dari metana, memiliki kepadatan energi yang relatif rendah di bawah kondisi sekitar. Oksidasi parsial metana menjadi metanol meningkatkan kepadatan energi dan merangsang produksi banyak bahan kimia. Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh para ilmuwan di Universitas Manchestermengembangkan metode yang cepat dan ekonomis untuk mengubah metana atau gas alam menjadi metanol cair pada suhu dan tekanan sekitar.

Para ilmuwan menggunakan cahaya tampak untuk mendorong konversi di bawah aliran terus menerus di atas bahan fotokatalitik. Menggunakan hamburan neutron dari instrumen VISION, mereka mengamati bagaimana proses bekerja dan seberapa selektif itu.

Metode ini melibatkan aliran kontinu air metana/oksigen jenuh di atas katalis MOF baru. Berbagai komponen dalam MOF memiliki peran dalam penyerapan lampuTransfer elektron, aktivasi, dan perakitan metana dan oksigen. Metanol cair mudah diekstraksi dari air. Proses ini umumnya dianggap sebagai “cawan suci katalisis”.

Sulitnya melemahkan atau memutuskan ikatan kimia antara karbon dan hidrogen (CH) untuk memasukkan atom oksigen (O) membentuk ikatan C-OH merupakan kendala utama dalam mengubah metana (CH4) menjadi metanol (CH3OH). Reformasi uap dan oksidasi gas sintesis biasanya merupakan dua tahap konvensional proses konversi metanayang memerlukan suhu dan tekanan tinggi serta boros energi, mahal, dan tidak efisien.

Proses yang baru dikembangkan ini cepat dan ekonomis. Ini menggunakan MOF multi-komponen dan cahaya tampak untuk mendorong proses konversi. Saat terkena cahaya, lapisan butiran MOF dilewatkan melalui aliran air yang jenuh dengan metana dan oksigen. Kerangka logam-organik terdiri dari berbagai elemen yang dirancang yang ditempatkan secara stabil di dalam superstruktur berpori. Bersama-sama, mereka menyerap cahaya untuk membentuk elektron, yang kemudian ditransfer ke oksigen dan metana di dalam pori-pori untuk membentuk metanol.

READ  Inilah sebabnya mengapa Mars jauh lebih kecil dari Bumi.

Sihai Yang, seorang profesor kimia di Manchester dan penulis korespondensi, berkata, Untuk sangat menyederhanakan proses ketika metana terkena bahan fungsional MOF yang mengandung situs monohidroksi besi, molekul oksigen yang diaktifkan dan energi dari cahaya mengaktifkan ikatan CH dalam metana untuk membentuk metanol Proses ini 100% selektif – artinya tidak ada produk sampingan Tidak diinginkan – itu dapat dibandingkan dengan metana monooksigenase, yang merupakan enzim di alam untuk proses ini.”

Penyelidikan menunjukkan tidak ada kehilangan kinerja ketika katalis padat diisolasi, dibersihkan, dikeringkan dan digunakan kembali setidaknya selama sepuluh siklus, atau sekitar 200 jam waktu reaksi.

Metode fotokatalisis baru dapat dibandingkan dengan bagaimana tanaman menggunakan fotosintesis untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia. Melalui daunnya, tanaman mengambil Karbon dioksida dan sinar matahari. Zat-zat ini kemudian diubah menjadi gula, oksigen, dan uap air melalui fotokatalisis.

Martin Schroeder, Wakil Presiden dan Dekan Sekolah Sains dan Teknik di Manchester dan penulis terkait, berkata, Proses ini telah disebut “cawan suci katalisis.” Alih-alih membakar metana, dimungkinkan untuk mengubah gas langsung menjadi metanol. Bahan kimia bernilai tinggi ini dapat digunakan untuk memproduksi biofuel, pelarut, pestisida, dan aditif bahan bakar untuk kendaraan. Bahan MOF baru ini juga dapat memfasilitasi jenis reaksi kimia lainnya dengan berfungsi sebagai semacam tabung reaksi di mana kita dapat menggabungkan berbagai bahan untuk melihat bagaimana mereka bereaksi. “

Yongqiang Cheng, ilmuwan instrumentasi dengan Direktorat Ilmu Neutron ORNL, mengatakan: “Menggunakan hamburan neutron untuk menangkap ‘gambar’ dengan instrumen VISION awalnya mengkonfirmasi interaksi kuat antara CH4 dan situs monomer besi-hidroksil di MOF yang melemahkan ikatan CH.”

Anibal “Timi” Ramirez Cuesta, yang memimpin Grup Spektroskopi Kimia di SNS, Dia berkataDan VISION adalah spektrofotometer neutron throughput tinggi yang telah dioptimalkan untuk memberikan informasi tentang struktur molekul, ikatan kimia, dan interaksi antarmolekul.Molekul metana menghasilkan sinyal hamburan neutron yang kuat dan khas dari putaran dan getarannya, yang juga sensitif terhadap lingkungan setempat. Ini memungkinkan kami untuk mendeteksi interaksi yang melemahkan ikatan antara CH4 dan MOF secara jelas menggunakan teknik spektroskopi neutron canggih.”

Metode konversi baru dapat secara signifikan mengurangi peralatan dan biaya pengoperasian dengan menghilangkan kebutuhan akan suhu atau tekanan tinggi dan menggunakan energi dari sinar matahari untuk mendorong proses foto-oksidasi. Kecepatan proses yang tinggi dan kemampuannya untuk mengubah metana menjadi metanol tanpa produk sampingan yang tidak diinginkan akan memfasilitasi pengembangan pengolahan langsung yang mengurangi biaya.

READ  Letusan gunung berapi Tonga adalah salah satu letusan paling kuat yang pernah diamati

Referensi jurnal:

  1. An, B., Li, Z., Wang, Z. dkk. Fotooksidasi langsung metana menjadi metanol melalui situs monohidroksi besi. nat. hujan. (2022). DOI: 10.1038 / s41563-022-01279-1

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *