中日合力推翻定论!新FT合成催化剂可大幅削减钴用量

新技术 2018年08月24日
日本语

日本富山大学研究生院理工学研究部的椿范立教授与天津大学的李新刚教授及田野讲师组成的中日联合研发小组,推翻了费托合成(FT)的定论,开发出可大幅削减钴用量的胶囊型FT合成催化剂。

由于现有FT催化剂是利用“直径达20~30nm左右的”钴(Co)纳米颗粒合成轻油等物质的,钴的消耗量大,FT合成催化剂及FT合成设备的成本暴涨。此次,中日联合研发小组推翻了传统的FT合成催化剂的基本定论,发现包覆二氧化硅层的钴基胶囊催化剂可利用“尺寸为大颗粒钴1/10左右的小型钴纳米颗粒”来合成轻油等物质。以往工业用途的吸附型FT催化剂,钴的含量重量比为30~40%,而此次的发现可将其降至5~10%以下。

新FT合成催化剂可大幅削减钴用量

传统的商业催化剂中如果在二氧化硅(SiO2)上吸附的钴(Co)颗粒尺寸较小,合成出来的是液化石油气(LPG)等轻烃物质(图1)。如果吸附的钴颗粒尺寸较大,金属表面的碳链延伸,才能合成出轻油等液体燃料(图2)。在包覆在二氧化硅多孔膜上面的小型钴颗粒表面,即使生成轻烃,也会被再次吸附在催化剂金属表面,碳链延伸,生成轻油等(图3)。或者被再次吸附至旁边的小型钴颗粒表面,形成液体燃料(图4)。

FT合成是利用合成气(一氧化碳和氢的混合气体)合成轻油等石油替代燃料及化学品的催化反应。合成气可利用天然气(包括页岩气和甲烷水合物)、生物质、煤炭及可燃性垃圾轻松制造,因此FT合成反应是对工业影响很大的催化反应之一。不过,一座每天制造3万桶合成燃料的反应塔,钴催化剂的用量高达500吨,而且催化剂每1~2年就需要更换一次,随着纯电动汽车的亮相,钴的价格正在暴涨,因此生产轻油等的大型FT合成设备需要大幅削减钴用量。

此次开发的胶囊型催化剂将作为新的FT合成催化剂投入工业设备,此外还计划用于与FT合成类似、利用二氧化碳(CO2)和氢生成液体燃料的合成。

相关研究成果已于2018年8月14日(英国时间)发布在英国科学杂志《自然通讯》(Nature Communications)的在线速报版上。

文 客观日本编辑部

日文发布全文 [网址]

相关阅读