Den selektiva omvandlingen av CO2 och H2 till värdefulla kemikalier och bränslen är en lovande väg för kolåtervinning. Flera rutter har utvecklats för CO2 hydrering till metanol, högre alkoholer, dimetyleter (DME), aromater, kolväten och olefiner. Bland dessa produkter är DME attraktivt eftersom det är giftfritt och icke-korrosivt och har använts som en plattformskemikalie inom industrin, en bärare för väte och en tillsats för bränslen.
En serie katalysatorer har syntetiserats för direkt hydrogenering av CO2 -till-DME via kaskadkatalys som involverar metanolsyntes och metanolkondensation till DME över en uppburen kopparkatalysator. Hög DME-selektivitet uppnåddes dock endast vid låg omvandling av CO2 , vilket resulterar i dålig engångsproduktivitet.
När CO2 omvandlingen ökade, rikliga biprodukter av CO, metanol och kolväten producerades. En ny trend är CO2 till DME-omvandling över bifunktionella katalysatorer, såsom syraoxid-stödda kopparnanopartiklar, men deras prestanda är fortfarande otillfredsställande. Dessutom sintrades nanopartiklarna av koppar under katalys, vilket resulterade i dålig hållbarhet.
Nyligen har ett forskarlag under ledning av Prof. Feng-Shou Xiao och Prof. Liang Wang från Zhejiang University, Kina, övervunnit dessa begränsningar genom att utveckla en mycket aktiv, selektiv och hållbar kopparnanopartikelkatalysator för omvandling av CO2 till DME. Detta uppnåddes genom att ladda Cu-nanopartiklar på hydrofoba och Ga-modifierade kiseldioxidbärare. Den Ga-modifierade kiseldioxiden gav måttlig surhet för metanoldehydrering till DME, vilket hindrade djup dehydrering till kolväten.
Viktigt är att den hydrofoba katalysatorytan effektivt hindrar sintringen av Cu-nanopartiklarna, som vanligtvis utlöses av vatten och metanol. Följaktligen, under följande reaktionsbetingelser (6000 ml gcat –1 ·h –1 , 3 MPa, 240 °C), CO2 omvandling av 9,7 %, DME- och metanolselektiviteter på 59,3 % och 28,4 % och CO-selektivitet på endast 11,3 % erhölls. I en kontinuerlig utvärdering under 100 timmar bibehölls prestandan väl utan någon deaktiveringstrend, vilket överträffade de generellt stödda Cu-katalysatorerna.
Forskningen publiceras i Chinese Journal of Catalysis .
Mer information: Hangjie Li et al, Selektiv hydrering av CO2 till dimetyleter över hydrofoba och galliummodifierade kopparkatalysatorer, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64535-8
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
