美國萊斯大學的工程師們開發了一種新的反應器,可以將一氧化碳轉化為乙酸。利用微小的銅立方體作為催化劑,該裝置比較簡單,可以長時間運行,讓不需要的廢氣變成工業上有用的產品。
一氧化碳通常是工業過程中產生的副產品,雖然它不是大氣中直接的溫室氣體,但它可能是一種室內或城市空氣污染物,在較高的濃度下對人體健康有害。
在新研究中,萊斯大學的研究人員開發了一種方法,將這種潛在的危險廢品變成有價值的東西。乙酸被用于醋等食品以及一系列工業過程和產品中,作為防腐劑、溶劑等。在之前團隊用于將二氧化碳轉化為甲酸的裝置基礎上,新的反應器將一氧化碳轉換為乙酸。
“我們正在將產品從一碳化合物甲酸升級,這更具挑戰性,”該研究的作者王浩天(音譯)說。“人們傳統上是在液體電解質中生產醋酸,但他們仍然存在性能低下以及產品與電解質分離的問題。”
在這種情況下,電解質是固體的。它與由納米級銅立方體組成的催化劑相互作用,這些銅立方體經過精心設計,表面有波紋,有助于打破某些碳氧鍵,將氣體轉化為所需產品。
“有時銅會沿著兩種不同的途徑產生化學物質,”王浩天說。“它可以將一氧化碳轉化為乙酸和醇。我們設計了以一個面為主的銅立方體,可以幫助這種碳-碳耦合,其邊緣可以引導碳-碳耦合向乙酸而不是其他產品。”
去離子水通過管道進入反應器,在那里與醋酸混合,產生可用的溶液。剩余的氣體以氧氣的形式排放出來。
在實驗室測試中,該裝置連續運行150小時,產生的溶液中醋酸含量高達2%--即使與食醋4%的醋酸含量相比,也是一種微弱的溶液,但足夠有用。酸成分本身的純度高達98%。該團隊表示,為了使該系統具有可擴展性,還需要做更多的工作來改進該系統,包括使其更穩定、更節能。