Пропилен является важным сырьем для производства пластмасс, синтетического каучука, поверхностно-активных веществ, красителей и фармацевтических препаратов. В последние годы наблюдается повышенный спрос на пропилен, производимый из более дешевого пропана сланцевого происхождения.
Для получения достаточного выхода пропилена необходимы температуры реакции более 600 ° C, но в этих жестких условиях серьезная дезактивация катализатора неизбежна из-за отложения углерода и / или спекания. Следовательно, катализаторы при практическом использовании должны регенерироваться либо непрерывно, либо в течение коротких циклов, что делает процесс неэффективным и дорогостоящим.
В настоящем исследовании группа, в которую входят магистрант Юки Накая и доцент Синья Фурукава из Института катализа Университета Хоккайдо, сосредоточила внимание на интерметаллидах (PtGa) платины (Pt) и галлия (Ga), которые обладают уникальными свойствами и структурами. PtGa обладает высокой термической стабильностью и его структура не меняется даже при высоких температурах. Также известно, что на его поверхности есть два типа каталитических центров: сайт с тремя атомами Pt (сайт Pt3) и один с одноатомным изолированным Pt (сайт Pt1).
Группа предположила, что если центры Pt3, которые способствуют осаждению углерода в дополнение к производству пропилена, будут отключены, чтобы позволить функционировать только сайтам Pt1, катализатор будет сверхстабильным, а также сможет предотвратить осаждение углерода. Группа пробовала различные металлы и методы синтеза катализаторов, чтобы заставить функционировать только сайт Pt1.
Недавно разработанный катализатор (PtGa-Pb / SiO2), нанесенный на кремнезем и полученный путем добавления свинца (Pb) к поверхности PtGa, не дезактивируется при дегидрировании пропана при 600 ° C. Катализатор поддерживает начальную степень превращения 30 процентов в течение 96 часов после начала реакции, что значительно более стабильно, чем у традиционных катализаторов.
Селективность по пропилену достигает 99.6 процентов с небольшим количеством побочных реакций, включая отложение углерода. Результаты показали, что этот катализатор обеспечивает лучшую в мире производительность при температурах 580 ° C и выше. В частности, его срок службы более чем в два раза превышает предыдущий рекордный срок службы таких катализаторов. Кроме того, катализатор можно производить так же дешево, как и обычные катализаторы.
Их структурный анализ подтвердил, что сайты Pt3, а не сайты Pt1, были покрыты и отключены Pb, как они и ожидали.
«Наше открытие может привести к более эффективному и дешевому промышленному процессу производства пропилена из пропана без необходимости регенерации катализатора, который намного превосходит по селективности и стабильности традиционные методы», – говорит Фурукава. «Более того, этот метод может быть применим для дегидрирования других низших алканов, таких как этан и изобутан, тем самым способствуя развитию нефтехимической промышленности."