陶瓷基反应器让化学反应“活”起来！

材料牛注：普通的催化剂反应器对于工业上来说，有时候会表现出令人不满的一面。目前，一科学团队已经研究出陶瓷基隔膜反应器，效率高且成本低廉，具有广阔的应用前景。

CoorsTek公司隔膜科学研究部、挪威奥斯陆大学以及西班牙国家化学研究所合作，设计出一种新方法，利用天然气作为原材料合成化学香精。该方法使用陶瓷隔膜一步直接将天然气非氧化转变为化学香精，减少了成本和工艺步骤，同时也避免了CO2的排放。由此产生的化学香精是绝缘材料、塑料、纺织品和喷气燃料等产品的芳香前驱体。

然而几十年来，直接活化沼气、天然气的主要成分——甲烷是烃类物质研究的主要方向。

Jose Serra是西班牙国家化学研究所的教授，主要领导实验室研究烃类催化，以共同作者的身份将该技术发表在Science上。他说道：“考虑到现在石油、天然气以及石化行业的产业规模，如果有新的陶瓷隔膜反应器，就可以直接从天然气而不是从原油生产燃料等化工产品，那么整个烃类价值链就会显著降低，从而变得更加清洁和精简。”

Serra解释道：“使用陶瓷隔膜，就可以同时去掉甲烷的氢原子和添加氧原子。通过这种一步合成的方法，我们已经能够利用甲烷直接生成液态的烃类。有一点小遗憾就是，在反应过程中会产生副产物——高纯的氢气流。从宏观层面讲，它很简单。廉价而且储量丰富的气体经过一个清洁成本低的方法就可以获得价值高的液体。从微观上说，在700°C时分子与隔膜上的催化剂反应，仍然还有很多参数需要工程师们调控，才能得到适合于新工艺的特殊分子。”

甲烷构成了世界上很大一部分的烃类资源，但是其中大部分甲烷由于没能直接产生市场经济价值而被制约。即使能在工业转换上使用，但由于其高稳定性导致在多级工序中造成能量损失，尤其在大型的化工厂中常用的气体合成法，例如，通氧和蒸发都会使甲烷活化从而造成损失。

一直以来，温度和压力一直是化学家和工程师控制化学反应速率的主要参数。催化剂可以提高反应速率且具有选择性，但它不会改变化学平衡。然而陶瓷离子进入反应器中会提高那些受热力学原理限制的工艺的生产力。

陶瓷隔膜是由大量材料制成的，其中包含钡和锌等元素，以及由镍和铜做成的电催化薄层。

CoorsTek公司隔膜科学研究部的管理主任Per Vestre说：“如果实现大批量生产，我们利用活性陶瓷制成的隔膜反应器比常规催化剂反应器更具竞争力，虽然反应器的成本差不多，但是新反应器制成的产品在经济和环境效益上将会有很大的提升，我们公司坚信这项技术将会使世界变得更美好。”

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

文献链接：Direct conversion of methane to aromatics in a catalytic co-ionic membrane reactor.

本文由编辑部杨树提供素材，陈露编译，点我加入材料人编辑部。