ニッケルをドープしたゼオライトは、エチレンからアセチレンを除去するのに役立ちました

ニッケルをドープしたゼオライトは、エチレンからアセチレンを除去するのに役立ちました
ニッケルをドープしたゼオライトは、エチレンからアセチレンを除去するのに役立ちました
Anonim
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化学者は、ニッケルをドープしたゼオライト材料を使用して、アセチレンからエチレンを精製することを学びました。ニッケルがアセチレンと錯体を形成する能力があるため、非常に高純度のエチレンを安価かつ簡単に入手できます(アセチレンの混合物は1 ppm未満です)。研究結果はジャーナルScienceに掲載されています。

3億5000万トン以上のさまざまな低分子量アルケン-二重結合炭化水素は、スチームクラッキングプロセスを使用して毎年生産されています。この方法で合成されたアルケンは通常、対応するアルカンとアルキンで汚染されています。たとえば、エチレン(C2H4)には、エタン(C2H6)とアセチレン(C2H2)の少量の不純物が含まれている場合があります。反応性アルキン(三重結合を持つ炭化水素)は特に望ましくない不純物です。たとえば、ポリエチレンがその後エチレンから得られる場合、不純物アセチレンはポリマー鎖に組み込まれるだけでなく、触媒と反応してその有効性を低下させます。

パラジウム触媒での選択的部分水素化は、通常、アルキンからアルケンを精製するために使用されます。これは、非常に費用がかかり、エネルギーを消費するプロセスです。代替ルートには、金属有機フレームワーク構造、固定された細孔サイズのためにアルキンを選択的に吸収できる材料の使用が含まれます。しかし、金属有機フレームワークのコストが高く、安定性が不十分であるため、この方法はまだ産業界で使用されていません。

南開大学のYuchaoChaiとマンチェスター大学のXueHanは、同僚とともに、ゼオライト(多孔質アルミノケイ酸塩材料)を使用してアルケンとアルキンの混合物を分離することを提案しました。ゼオライトは、金属有機フレームワークと特性が似ていますが(たとえば、ゼオライトの細孔のサイズも固定されています)、はるかに安価で入手が容易です。ゼオライトは、さまざまな液体と気体の混合物の分離にすでに成功裏に使用されていますが、これまでのところ、アルキンとアルケンを効果的に分離することに成功した人は誰もいません。事実、分離は主に分子のサイズと揮発性の違いによって発生し、アセチレンとエチレンのこれらのパラメータは非常に近いものです。

分離の選択性を改善するために、研究の著者は、アセチレンと準安定錯体を形成できるゼオライトの細孔に金属(亜鉛、ニッケル、銅)を配置しました。基礎として、彼らは、アルミン酸ナトリウムNaAlO2、水和二酸化ケイ素SiO2、およびドーピング金属錯体から水熱法によって合成されたゼオライト材料フォージャサイト(FAU)を選択しました-実際、それはフォージャサイトのナトリウムイオンの一部を置き換えました。金属が細孔の内面にあるようにするために、配位配位子TAPTSが使用された。その後、材料が摂氏544度に加熱されると、TAPTSが蒸発し、細孔内の金属が酸素と結合します。得られた材料の構造は、X線回折と粉末中性子回折によって確立され、X線光電子分光法を使用して、著者らは、亜鉛、銅、ニッケルの酸化状態がプラス2であることを確認しました。

3つの材料すべてが良好なアセチレン吸収能力を示しました。[email protected] FAU、Cu @ FAU、およびNi @ FAUは、それぞれ1グラムあたり0.91、1.26、および1.72ミリモルのアセチレンを吸収します。 Ni @ FAUの吸収能力は、有機金属足場の吸収能力よりも悪くないことが判明しました。同じ条件下で最も効果的なのは、1グラムあたり1.7ミリモルのアセチレンを吸収したことです。さらに、Ni @ FAUは良好な選択性を示しました。エチレンに対する吸収能力は大幅に低く、わずか0.51ミリモル/グラムでした。これは、この化合物の吸着熱が低いことで説明されます(アセチレンの場合は25.8キロジュール/モル)。したがって、エチレンとアセチレンの混合物をNi @ FAUに通す場合、アセチレンが優先的に材料に吸着されることが期待できます。さらに、温度プログラム脱着の方法は、ガスの混合物の長時間の通過により、以前に吸収されたエチレンが細孔から脱着され、徐々にアセチレンに置き換わるであろうことを示している。

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温度プログラム脱着の実験。上から下へ:2つのガスの個別吸着。同時吸着;置換吸着(最初にエチレン、次にアセチレン)

材料の有効性をテストするために、著者らは、エチレンとヘリウムおよびアセチレンの混合物をさまざまな比率でNi @ FAUを満たしたガラス管に通し、ガスクロマトグラフを使用して出口でのガス混合物の組成を監視しました。室温および1気圧の圧力で、エチレンはアセチレンから完全に精製されました。すべての実験で、最終混合物中のアセチレンの量は100万分の1(ppm)未満でした。この程度の精製は、ポリマーの合成にエチレンをさらに使用するのに十分です。さらに、Ni @ FAUを使用すると、プロピレンからプロペンを除去し、ブチンからブタジエン-1,3を除去できます。

著者らは、細孔へのアルキンの吸着は完全に可逆的であるため、材料を無制限に使用できると述べています。100度に加熱すると元の状態に戻ります。したがって、提案された方法は、効果的であるだけでなく、安価であり、したがって、アルケンの工業的精製に使用することができる。

化学者は以前、ゼオライトフィルター上でエタンからエチレンを精製することを実証しました。

また、ナノテクノロジー分野の全ロシア工学コンペティションの優勝者であるアレクサンダーブジモフへのインタビューで、血液浄化のためのゼオライト材料の使用について読むことができます。

ナタリア・サモイロワ

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