Olefinen zijn eenvoudige verbindingen van waterstof en koolstof, maar vormen de bouwstenen van de chemie, en zijn van vitaal belang voor de synthese van materialen van polymeren en kunststoffen tot petrochemicaliën. Echter, de productie van olefinen vereist het gebruik van niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen, energie-intensieve "kraak"-faciliteiten, en beperkte productiecontrole.

Nieuw onderzoek van de Swanson School of Engineering van de Universiteit van Pittsburgh heeft een methode geïntroduceerd om verschillende katalysatoren die lichte alkanen omzetten in olefinen effectief te screenen. Aangezien lichte alkanen overvloedig aanwezig zijn in de schaliereserves van Marcellus en Utica, deze methodologie kan een meer economische oplossing bieden voor de productie van olefinen.

Hun onderzoek, "Structuur-activiteitsrelaties bij dehydrogenering van alkaan op γ-Al2O3:plaatsafhankelijke reacties" stond onlangs op de omslag van ACS Katalyse . Hoofdonderzoeker is Giannis Mpourmpakis, de Bicentennial Alumni Faculty Fellow en universitair docent chemische en petroleumtechnologie aan de Swanson School, en co-auteurs Mudit Dixit, doctoraat en Pavlo Kostetskyy, postdoctoraal onderzoeker aan de Northwestern University die zijn Ph.D. in het CANELa-lab van Dr. Mpourmpakis.

"Het enorme succes en de enorme reserves aan schaliegas hebben de chemische markt getransformeerd en van methaan en lichte alkanen een veelzijdige grondstof gemaakt voor de productie van chemicaliën met toegevoegde waarde. " Dr. Mpourmpakis legde uit. "Een van de meest veelbelovende routes naar olefinen is de dehydrogenering van alkanen op metaaloxiden, dat is de chemische verwijdering van moleculaire waterstof uit een koolwaterstof. Maar dit proces is energie-intensief omdat het hoge temperaturen met zich meebrengt en het dehydrogeneringsreactiemechanisme niet goed wordt begrepen. Als resultaat, elke vooruitgang bij de productie van olefinen is afhankelijk van langdurige en dure proefondervindelijke experimenten in het laboratorium."

Volgens Dr. Mpourmpakis, het was moeilijk om precies te bepalen hoe de alkaandehydrogeneringsactiviteit afhangt van het exacte type verschillende locaties op het oppervlak van metaaloxiden, mede door de diversiteit van de vele sites. Zijn laboratorium paste computationele chemie en wiskundige modelleringstools toe om te voorspellen hoe alkaandehydrogeneringsmechanismen en katalytische activiteit veranderen op de verschillende plaatsen van de oxiden.

"De mogelijkheid om deze metaaloxide-oppervlakken computationeel te screenen en de exacte katalytische actieve plaatsen te identificeren, beperkt de proefondervindelijke experimenten in het laboratorium aanzienlijk, "Zei Dr. Mpourmpakis. "We hebben nu een beter hulpmiddel om actieve katalysatoren te ontwikkelen voor de omzetting van alkaan-olefinen, die een game-changer zou kunnen zijn in de petrochemische en polymeerindustrie."