甲烷制甲醇催化剂可以终止天然气燃除

一种新的转弯方式甲烷成甲醇仅用水就可以结束油田的天然气燃除，从而大大减少碳排放，同时还可以创造出一种有用的化学原料。然而，细节仍不确定，研究人员承认，要建立该工艺的工业可行性，还需要做更多的工作。

甲醇是工业化学品的宝贵来源，每年消耗超过3000万吨。因此，甲烷直接氧化制甲醇将是一种极具吸引力的工业工艺。然而，商业甲醇生产目前需要将甲烷吸热转化为合成气(一氧化碳和氢气的混合物)，然后再转化为甲醇。这只在大型设施中可行，所以偏远的石油开采设施通常只是燃烧产生的甲烷。一个2011年世界银行报告燃烧占全球二氧化碳排放量的1.2%。甲烷的直接氧化机制需要昂贵的强氧化剂，并且受到甲醇过度氧化的困扰，例如，一氧化碳和整合。

在这项新研究中，杰伦·范·博霍文和瑞士Paul Scherrer研究所的同事们揭示了一种化学循环反应，使用的沸石是将硝酸铜溶液通过市上可用的沸石钠丝光沸石，使钠离子交换为铜离子。在干燥和煅烧沸石之后，研究人员将甲烷泵入其中。他们发现大部分甲烷被氧化成甲醇——光谱研究表明，沸石中存在的二价铜氧基位点是这个反应的原因。这些位点在反应过程中被还原为单价铜位点。然而，研究人员发现，通过将沸石加热到400°C并让水蒸气通过，其中一些位置可以被再氧化。用氧-18标记的水进行的实验表明，水蒸气在沸石内部分解成氢和氧，氧再生沸石的活性位点。

然而，甲烷与水自发反应生成甲醇和氢在热力学上是不可行的，因为产物的吉布斯能高于反应物。但研究人员认为，这是无关紧要的，因为整个反应不是自发发生的。相反，他们认为，恢复活性二价铜位点需要水分子的吸热解吸——这涉及到向系统添加能量。活化沸石对甲醇的选择性要高得多。“据推测，并不是所有的铜物种都被重新激活到相同的状态，”第一作者解释说维塔利Sushkevitch．

罗伯特Schoonheydt没有参与这项研究的比利时鲁汶大学(University of Leuven)教授对水在将甲烷转化为甲醇时可以充当氧化剂的演示印象深刻，尽管他说论文中提出的理论“在很大程度上是假设的”，因为沸石中存在的铜活性部位的确切性质还没有得到正确的理解。他补充说，目前这种反应“在工业上还远远不可行”。研究人员承认这一点，现在打算更详细地研究反应机制，以及优化反应速率，并研究扩大过程的可行性。