陶瓷基反應器讓化學反應“活”起來！

材料牛注：普通的催化劑反應器對于工業上來說，有時候會表現出令人不滿的一面。目前，一科學團隊已經研究出陶瓷基隔膜反應器，效率高且成本低廉，具有廣闊的應用前景。

CoorsTek公司隔膜科學研究部、挪威奧斯陸大學以及西班牙國家化學研究所合作，設計出一種新方法，利用天然氣作為原材料合成化學香精。該方法使用陶瓷隔膜一步直接將天然氣非氧化轉變為化學香精，減少了成本和工藝步驟，同時也避免了CO2的排放。由此產生的化學香精是絕緣材料、塑料、紡織品和噴氣燃料等產品的芳香前驅體。

然而幾十年來，直接活化沼氣、天然氣的主要成分——甲烷是烴類物質研究的主要方向。

Jose Serra是西班牙國家化學研究所的教授，主要領導實驗室研究烴類催化，以共同作者的身份將該技術發表在Science上。他說道：“考慮到現在石油、天然氣以及石化行業的產業規模，如果有新的陶瓷隔膜反應器，就可以直接從天然氣而不是從原油生產燃料等化工產品，那么整個烴類價值鏈就會顯著降低，從而變得更加清潔和精簡。”

Serra解釋道：“使用陶瓷隔膜，就可以同時去掉甲烷的氫原子和添加氧原子。通過這種一步合成的方法，我們已經能夠利用甲烷直接生成液態的烴類。有一點小遺憾就是，在反應過程中會產生副產物——高純的氫氣流。從宏觀層面講，它很簡單。廉價而且儲量豐富的氣體經過一個清潔成本低的方法就可以獲得價值高的液體。從微觀上說，在700°C時分子與隔膜上的催化劑反應，仍然還有很多參數需要工程師們調控，才能得到適合于新工藝的特殊分子。”

甲烷構成了世界上很大一部分的烴類資源，但是其中大部分甲烷由于沒能直接產生市場經濟價值而被制約。即使能在工業轉換上使用，但由于其高穩定性導致在多級工序中造成能量損失，尤其在大型的化工廠中常用的氣體合成法，例如，通氧和蒸發都會使甲烷活化從而造成損失。

一直以來，溫度和壓力一直是化學家和工程師控制化學反應速率的主要參數。催化劑可以提高反應速率且具有選擇性，但它不會改變化學平衡。然而陶瓷離子進入反應器中會提高那些受熱力學原理限制的工藝的生產力。

陶瓷隔膜是由大量材料制成的，其中包含鋇和鋅等元素，以及由鎳和銅做成的電催化薄層。

CoorsTek公司隔膜科學研究部的管理主任Per Vestre說：“如果實現大批量生產，我們利用活性陶瓷制成的隔膜反應器比常規催化劑反應器更具競爭力，雖然反應器的成本差不多，但是新反應器制成的產品在經濟和環境效益上將會有很大的提升，我們公司堅信這項技術將會使世界變得更美好。”

原文鏈接：Ceramic-based conversion produces clean, low cost chemicals from natural gas.

文獻鏈接：Direct conversion of methane to aromatics in a catalytic co-ionic membrane reactor.

本文由編輯部楊樹提供素材，陳露編譯，點我加入材料人編輯部。