Kemiteknikforskare har utvecklat en ny katalysator som avsevärt ökar utbytet vid styrentillverkning, samtidigt som energianvändningen och utsläppen av växthusgaser minskar.

"Styren är en syntetisk kemikalie som används för att tillverka en mängd olika plaster, hartser och andra material, " säger Fanxing Li, motsvarande författare till verket och Alcoa professor i kemiteknik vid North Carolina State University. "Eftersom det är i så utbredd användning, vi är glada över att vi kunde utveckla en teknologi som är kostnadseffektiv och kommer att minska miljöpåverkan från styrentillverkning." Branschuppskattningar förutspår att tillverkare kommer att producera mer än 33 miljoner ton styren varje år till 2023.

Konventionella styrenproduktionsteknologier har ett engångsutbyte på cirka 54 %. Med andra ord, för varje 100 enheter råmaterial du lägger in i processen, du skulle få 54 enheter styren av varje pass. Med deras nya katalysator, forskarna kunde uppnå en engångsutbyte på 91 %.

Konverteringsprocessen sker vid 500-600 grader Celsius – samma temperaturområde som konventionella styrentillverkningsprocesser. Dock, det är stor skillnad.

"Nuvarande tekniker kräver att mycket stora volymer ånga sprutas in i reaktorn där omvandlingen äger rum, " säger Yunfei Gao, en postdoktor vid NC State och medförfattare till en artikel om arbetet. "Vår teknik kräver ingen ånga. Rent praktiskt, detta minskar drastiskt mängden energi som behövs för att utföra omvandlingen."

Specifikt, omvandlingsprocessen som innehåller den nya katalysatorn använder 82 % mindre energi – och minskar koldioxidutsläppen med 79 %.

"Dessa framsteg är möjliga genom den tekniska designen av själva katalysatorn, " säger Xing Zhu, medförfattare till artikeln och en forskare vid Kunming University of Science and Technology (KUST). "Den nya redoxkatalysatorn har en kaliumferrityta för den katalytiska fasen och en blandad kalciummanganoxidkärna för lagring av gittersyre." Zhu arbetade med projektet som gästforskare vid NC State.

"För att anta den nya katalysatorn, styrentillverkare skulle behöva anta en annan typ av reaktor än de använder för närvarande, " säger Li. "De skulle behöva något liknande en CATOFIN-reaktor. Men de är redan i utbredd användning för andra industriella tillämpningar. Och kostnadsbesparingarna från den nya processen borde vara betydande."

Pappret, "En skräddarsydd multifunktionell katalysator för ultraeffektiv styrenproduktion under ett cykliskt redoxschema, " publiceras i tidskriften Naturkommunikation .