ملخصات الأبحاث

أكسدة معتدلة للميثان إلى ميثانول أو حمض الخليك باستخدام حوافز الروديوم 

.J. Shan et al

  • Published online:

إنّ استخدام طريقةٍ مباشِرة وفعّالة للتحويل الحفزيّ للميثان إلى ميثانول سائل ومؤكسجات أخرى سيكون أمرًا ذا قيمةٍ عمليّة كبيرة، إلا أنها ما تزال مشكلة عصيّة على الحل في الحفز، حيث إنها تنطوي - عادةً - على استخدام مؤكسِدات باهظة الثمن، أو أوساط تفاعلٍ غير قابلة للتداول التجاريّ. وعلى الرغم من أنه يمكن تحويل الميثان مباشرةً إلى ميثانول باستخدام الأكسجين الجزيئيّ في الحالة الغازيّة في ظروفٍ معتدلة، فإن العمليّة تكون إمّا تكافؤية (وبالتالي تستلزم خطوة لاستخراج الماء)، أو أبطأ وأقلّ إنتاجية من أن تكون ذات نفعٍ عمليّ. ويمكن نظريًّا أيضًا تحويل الميثان – من خلال الإضافة التأكسدية المباشرة لمجموعة كربونيل- إلى حمض الخلّيك، الذي يمكن الحصول عليه تجاريًّا من خلال إعادة تشكيل بخار الميثان، وتخليق الميثانول، وإضافة مجموعة كربونيل للميثانول لاحقًا، على حوافز متجانسة، إلا أنه حتى الآن لم يتم التوصل إلى حافزٍ فعّال يساعد على الإضافة المباشِرة لمجموعة الكربونيل إلى الميثان، لتحويله إلى حمض أسيتيك، وهو الأمر الذي، إذا نجح، قد يتيح - على نطاق ضيق - استخدامًا اقتصاديًّا للغاز الطبيعيّ، الذي يتخلّص منه المصنِّعون في الوقت الحالي بالإحراق، أو الطرح. يكشِف الباحثون قدرة النوع أحاديّ النواة من الروديوم، المرتكِز على دعامةٍ من الزيولايت، أو ثاني أكسيد التيتانيوم، مُعَلَّقة في محلولٍ مائيّ، على تحفيز التحويل المباشر للميثان إلى ميثانول وحمض خلّيك، باستخدام الأكسجين، وأول أكسيد الكربون، في ظروفٍ معتدلة. وجد الباحثون أن الناتجَين يتشكَّلان خلال مساراتٍ مستقلّة، وهو ما أتاح للباحثين الضبط الدقيق للتحويل، حيث إن اختبارات مفاعل الدفعات التي تستغرق ثلاث ساعات في درجة حرارة 150 سليزيوس، باستخدام الحافز المدعوم بالزيولايت، أو بثاني أكسيد التيتانيوم، أنتجت حوالي 22 ألف ميكرومول من حمض الخلّيك لكلّ جرام من الحافز، أو حوالي 230 ميكرومول من الميثانول لكلّ جرام من الحافز، على التوالي، بدرجة انتقائية تفاعلية تتراوح ما بين 60 إلى 100%. ويتوقع الباحثون أن هذه النشاطات المرتفعة بشكلٍ غير معتاد – رغم كونها ما تزال أقلّ من المناسِب للاستخدام التجاريّ- قد توجِّه عملية تطوير حوافز محسَّنة وعمليّات للتحويل المباشر للميثان إلى الميثانول وحمض الخليك، ومواد كيميائية أخرى مفيدة.

شكل 1 | الأداء الحفزيّ لحوافز الروديوم المدعومة في تحويل الميثان إلى مؤكسجات. 

ظروف التفاعل: 20 مجم من الحافز، 0.5 – 4 أعمدة من الأكسجين، و5 أعمدة من أول أكسيد الكربون، و20 عمودًا من CH4، و20 مل من الماء، و0.5 – 6 ساعات زمن تفاعل، و150 درجة حرارة مئوية. أ-ج: خروج الناتج، وانتقائيّة حمض الخليك لـ"0.5 wt% Rh-ZSM-5"، مع تباين ضغط الأكسجين، وزمن التفاعل (أ)؛ 0.5 wt% Rh-ZSM-5  عند عمودين من الأكسجين، مع تباين زمن التفاعل (ب)؛ 0.5 wt% Rh-ZSM-5، و0.5 wt% Rh-ZSM-5 مُحَسَّن، مع عمودين من الأكسجين، و3 ساعات تفاعل (ج)، (د). يخرج الناتج، وتصبح انتقائيّة الميثانول لـ0.5 wt% Rh–Na-ZSM-5 مع جزيء النحاس، أو بدونه، وعلى 0.6 wt% من الروديوم/ثاني أكسيد التيتانيوم، عند عمودين من الأكسجين، وزمن  التفاعل متباين.

ظروف التفاعل: 20 مجم من الحافز، 0.5 – 4 أعمدة من الأكسجين، و5 أعمدة من أول أكسيد الكربون، و20 عمودًا من CH4، و20 مل من الماء، و0.5 – 6 ساعات زمن تفاعل، و150 درجة حرارة مئوية. أ-ج: خروج الناتج، وانتقائيّة حمض الخليك لـ"0.5 wt% Rh-ZSM-5"، مع تباين ضغط الأكسجين، وزمن التفاعل (أ)؛ 0.5 wt% Rh-ZSM-5  عند عمودين من الأكسجين، مع تباين زمن التفاعل (ب)؛ 0.5 wt% Rh-ZSM-5، و0.5 wt% Rh-ZSM-5 مُحَسَّن، مع عمودين من الأكسجين، و3 ساعات تفاعل (ج)، (د). يخرج الناتج، وتصبح انتقائيّة الميثانول لـ0.5 wt% Rh–Na-ZSM-5 مع جزيء النحاس، أو بدونه، وعلى 0.6 wt% من الروديوم/ثاني أكسيد التيتانيوم، عند عمودين من الأكسجين، وزمن  التفاعل متباين. 

كبر الصورة