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標題: 特殊沸石可將廢油轉為有用化學物質 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2024-10-11 08:08 AM 標題: 特殊沸石可將廢油轉為有用化學物質

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　　傳統工業上有許多將廢棄生質材料轉變為有用的化學物質的方法﹐但這些方法需要大量的能源和催化劑且轉換效率低下。這次日本著名大學研製了一種特殊沸石﹐只需透過簡單的微波加熱﹐就能輕鬆且快速的轉換這些生質材料。
　　一般合成塑膠﹑藥品或食品添加劑等物品﹐通常從結構簡單的化學前驅物(烯烴類化合物)開始合成﹐而這些東西大多是從石油中提煉出來﹐但石油在開採和提煉過程不僅需大量能源﹐還容易造成環境污染。於是人們以食用油廢料﹑微藻油等生質材料作為高效﹑可持續合成前驅化學品來取代部分石油。方法是把沸石加入廢油中﹐再用傳統的熱對流方式把油加熱至400°C至600°C﹐使沸石透過「催化裂解」讓油裂解成烯烴類化合物(苯﹑甲苯﹑二甲苯等)。不過﹐這種方法需要耗費大量能源去加熱廢油﹐還容易讓廢油在高溫下﹐出現許多不必要的物質(焦化)﹐且會縮短催化劑(沸石)的使用壽命。
　　沸石是一種多孔天然材料﹐通常用作催化劑或吸收劑﹐若孔洞遭到堵塞其效率就會降低。日本九州大學(Kyushu University)研究人員發現一種名為「Na-ZSM-5」的沸石材料作為催化劑。只要把它加入廢棄的食用油﹐再透過微波加熱的方式加熱至500°C至600°C﹐就能使廢棄的食用油轉變為有用的「烯烴類型」化學物質。該研究成果發表在《化學工程雜誌》的10月月刊上。
　　九州大學農學院的椿俊太郎(Shuntaro Tsubaki)的研究團隊首先比較了各種沸石催化劑﹐希望尋找能夠被有效微波加熱和具有良好催化性能的沸石。最後﹐他們找到了「Na-ZSM-5」。這種沸石是一種由鈉離子(Na+)取代的沸石﹐可以在透過微波將沸石催化劑加熱到所需的溫度﹐而不會產生「焦化」。「焦化」是一些不必要的沉積物﹐在沸石的周圍積累而產生的現象。
　　他們為了展示微波加熱相對於傳統加熱的優勢﹐把Na-ZSM-5沸石加入油酸甲酯﹐再用微波將油酸甲酯加熱﹐讓其催化裂解成為乙烯﹑丙烯等烯烴。結果發現﹐採用Na-ZSM-5沸石和微波的方法能讓整體轉化效率比傳統方法提高4倍以上﹐且整體轉化具有高達80%的選擇性。此外﹐這種沸石還能抑制裂解時形成的苯﹑甲苯和二甲苯等烯烴物質﹐出現變質和產生有毒的一氧化碳。整個反應過程產生的二氧化碳也很少。
　　實驗人員還發現﹐透過低頻微波把含有Na-ZSM-5沸石的油酸甲酯加熱到500°C時能夠產生乙烯﹑丙烯和二甲苯等物質﹐且最高的碳產率高達35%。為了解Na-ZSM-5沸石為何具有良好的選擇性和催化能力﹐研究人員對這種沸石進行微波射擊﹐發現它部分的晶格會快速飆升近1000°C﹐即便整個沸石的溫度為500°C﹐也會出現這種結果。因此﹐他們推測這種極端溫度可能就是推動烯烴的主要原因之一。
　　椿俊太郎副教授對該校的新聞室表示﹐「微波直接讓材料進行加熱﹐還可以選擇性的向它們傳遞能量﹐與傳統的熱對流過程相比﹐節省了大量能源。」「特別是微波可以直接穿過空氣﹐並選擇性的加熱固體催化劑﹐達到加速整體催化的過程。另外﹐這些被加熱的催化劑會形成空間熱點﹐去催化那些物質進行裂解。」。
　　他還強調說﹐「這一研究結果將有助於化學工業更進一步電氣化﹐因為微波可以藉由太陽能和風能等再生能源產生。可以減少這些基本化學品合成對環境的影響。」研究團隊計劃進一步增強微波驅動的催化過程﹐尋求提高產量和能源效率來擴大產能﹐同時希望他們的努力能開創可持續性化學的新時代。

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