电催化技术为乙烯净化提供了一种绿色的选择

乙烯它是塑料制造的关键原料，是化学工业中最畅销的五种化合物之一。现在，两个团队已经独立发现了新的电催化工艺来选择性和有效地制备纯乙烯。重要的是，这些反应在使用丰富的环境条件下进行铜催化剂，提供了传统解决方案的绿色替代方案。

大多数乙烯来自蒸汽裂解——一种将碳氢化合物分解成更小分子的过程——随后通过蒸馏分离。然而，乙烯流含有少量的乙炔这是一种不受欢迎的副产品。“在烯烃聚合过程中，乙炔杂质会迅速毒害齐格勒-纳塔催化剂，”来自中国西安西北工业大学的张建解释道，他是其中一篇论文的主要作者。¹“这大大降低了目标聚合物的质量……聚合物级乙烯中的杂质必须减少到5ppm以下。”他们的新型电催化方法将乙炔杂质转化为乙烯，使用水作为催化剂氢源。

他补充说，这种工艺更经济、更环保。“我们已经实现了在环境温度和压力下以大空速连续生产聚合物级乙烯流。”

传统上，乙炔的脱除采用热催化加氢反应，该反应温度高，成本高钯催化剂。第二篇论文的共同第一作者、北京物理化学技术研究所的石润说，此外，热催化需要过量的氢，而氢通常是由重整产生的。²这种对化石燃料氢的依赖使得净化过程特别污染，因为它会产生大量的氢碳二氧化物“(我们的)电化学工艺在能源和原子经济方面表现出特殊的优势，”Shi补充道。

此外，这些新的电催化溶液也提高了选择性和效率。“由于热法通常依赖于过量的氢，乙烯通常会进一步氢化成乙烷，”解释说加斯顿Larrazabal他是丹麦技术大学催化和电化学方面的专家。“这种方法避免了热催化的经典限制，成功地去除了乙炔污染。”

扩大

对于Larrazábal来说，主要的突破是创新气体扩散电极的实现。他解释说:“它们使乙炔能更好地接近催化剂的反应位点——与气相中的试剂进行高效的电化学反应。”两个团队都同意:新的气体扩散方法为乙烯的净化提供了一个强有力的替代方案。他说，我们正在开辟乙烯相关电化学的新研究领域。

研究人员将目标锁定在铜上，因为铜是钯的丰富、可持续的替代品。张说，据我们所知，铜是最好的催化剂。他的团队进行了实验和理论筛选来证实这一假设，并将铜与钯进行了比较，银，黄金而且镍．“地球上丰富的铜在电催化乙炔半氢化反应中表现出最佳的活性和选择性，”张说。然而，材料的进一步发展肯定很快就会到来。“催化剂的组成，气体扩散电极的稳定性和碱固态电解质的结构将是下一个突破，”Shi解释说。

尽管它们很新奇，但这些设备应该很容易扩展，因为“设备类似于燃料电池”，Shi说。“这项技术可以实现气相和催化剂之间的高质量传递，从而提高反应速率-有很大的工业应用潜力，”Larrazábal说。

张和他的合作者已经在扩大他们的工艺，将电极放大20倍。他说:“这将提高最大空间速度。”“然后我们将并行连接多个设备，以促进工业化，”张说。“我们正在努力优化它们的稳定性，使其超过1000小时。”

Larrazábal说:“这是一种新颖、更清洁的方法，可以净化用于生产聚合物的乙烯。”他还指出，碳的来源仍然是不可再生的。他补充说:“所有的氢原子都来自水，一石二鸟:在使用绿色氢源的同时避免了额外的步骤。”“看到研究人员探索电催化的新领域，甚至超越CO，这真的很酷₂减少。”