Een groep Japanse wetenschappers heeft een ultrastabiele, selectieve katalysator om propaan te dehydrogeneren - een essentieel proces om de belangrijkste petrochemische stof van propyleen te produceren - zonder deactivering, zelfs bij temperaturen van meer dan 600 graden C.

Propeen is een belangrijke grondstof voor kunststoffen, synthetisch rubber, oppervlakteactieve stoffen, kleurstoffen en geneesmiddelen. In recente jaren, er is een toegenomen vraag naar propyleen geproduceerd uit goedkopere, van schalie afkomstig propaan. Reactietemperaturen van meer dan 600 graden C zijn nodig om voldoende propyleenopbrengsten te verkrijgen, maar onder deze barre omstandigheden ernstige deactivering van de katalysator is onvermijdelijk als gevolg van koolstofafzetting en/of sinteren. Katalysatoren in praktisch gebruik, daarom, moet continu of in korte cycli worden geregenereerd, waardoor het proces inefficiënt en kostbaar wordt.

In de huidige studie, de groep, waaronder een masterstudent Yuki Nakaya en universitair hoofddocent Shinya Furukawa aan het Institute for Catalysis van Hokkaido University, gericht op de intermetallische (PtGa) van platina (Pt) en gallium (Ga), die unieke eigenschappen en structuren hebben. PtGa heeft een hoge thermische stabiliteit en de structuur verandert niet, zelfs bij hoge temperaturen. Het is ook bekend dat het twee soorten katalytische plaatsen op het oppervlak heeft:een plaats met drie Pt-atomen (Pt3-plaats) en één met enkelvoudig atoomachtig geïsoleerd Pt (Pt1-plaats).

De groep veronderstelde dat als de Pt3-sites - die koolstofafzetting vergemakkelijken naast de productie van propyleen - worden uitgeschakeld om alleen de Pt1-sites te laten functioneren, de katalysator zal ultrastabiel zijn en ook in staat zijn om koolstofafzetting te voorkomen. De groep probeerde verschillende methoden voor de synthese van metalen en katalysatoren om alleen de functie van de Pt1-plaats te behouden.

De nieuw ontwikkelde katalysator (PtGa-Pb/SiO ₂ ), die wordt ondersteund door silica en wordt gemaakt door lood (Pb) toe te voegen aan het oppervlak van PtGa, vertoont geen deactivering bij dehydrogenering van propaan bij 600 ° C. De katalysator handhaafde de aanvankelijke conversiesnelheid van 30 procent gedurende 96 uur nadat de reactie was begonnen, die aanzienlijk stabieler is dan conventionele katalysatoren. Propyleenselectiviteit is zo hoog als 99,6 procent met weinig nevenreacties, inclusief koolstofafzetting. De resultaten toonden aan dat deze katalysator 's werelds beste prestaties levert bij temperaturen van 580 graden C of hoger. Vooral, de levensduur is meer dan twee keer zo lang als de eerder gerapporteerde recordlevensduur voor dergelijke katalysatoren. Verder, de katalysator kan even goedkoop worden geproduceerd als conventionele katalysatoren. Hun structurele analyse bevestigde Pt3-sites, geen Pt1-sites, werden gedekt en uitgeschakeld door Pb, zoals ze verwachtten.

"Onze bevinding zou kunnen leiden tot een efficiënter en goedkoper industrieel proces om propyleen te produceren uit propaan zonder de noodzaak van katalysatorregeneratie - wat veel beter is in selectiviteit en stabiliteit dan conventionele, " zegt Furukawa. "Bovendien, deze methode zou van toepassing kunnen zijn op dehydrogenering van andere lagere alkanen zoals ethaan en isobutaan, zo bijdragen aan de ontwikkeling van de petrochemische industrie."

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .