پادشاه جدید پروپیلن ؟ کاتالیزور کبالت عملکردی بهتر از فلزات گران بها داد .
COS یک کاتالیزور زئولیت کبالت است که تولید پروپیلن را به شکل کارآمد و پایدار افزایش می دهد و رقیبی جدی برای کاتالیزور های پلاتین محور محسوب می شود.
اهمیت فرآیند دهیدروژناسیون پروپان : دهیدروژناسیون پروپان یک روش صنعتی مهم برای تولید پروپیلن بدون وابستگی به نفت است . با این حال ، بیشتر فرآیند های کنونی همچنان به شدت به کاتالیزور های فلزات گران بها مانند پلاتین متکی هستند . یافتن جایگزین های کارآمد با استفاده از فلزات فراوان و در دسترس زمین تا کنون دشوار بوده است .
سنتز کاتالیزور پرکاربرد 1-CoS: در پژوهشی که در نشریه Nature catalysis منتشر شد ، تیم پرفسور جیانپینگ شیائو در موسسه فیزیک شیمی دالیان وابسته به اکادمی علوم چین ، به همراه همکاران خود کاتالیزور زئولیت کبالتوسیلیکات با کارایی بالا بالا به نام 1-CoS را با روش سنتز هیدروترمال تولید کردند . این کاتالیزور تنها حاوی مراکز کبالت چهاروجهی پایدار است و فاقد گونه های ناپایدار کبالت می باشد. بازده تولید پروپیلن 9.7 کیلوگرم پروپان C3 به ازای هرکیلوگرم کاتالیزور در ساعت بوده که از کاتالیزور صنعتی Ptsn/Al2O3 عملکرد بهتری دارد . روش سنتز : 1) تهیه ژل از نمک های کبالت ، تترااتیل اورتو سیلیکات ،هیدروکسید تتراپروپیل ، اوره و آب 2) بلوری سازی در 180 درجه سانتی گراد 3)کلسینه کردن برای حذف قالب آلی 4) سه مرحله شستشو با اسید نیتریک در 80 درجه سانتی گراد برای حذف کبالت اضافی . نتیجه نهای این ست که کاتالیزوری که تنها مراکز کبالت چهاروجهی پایدار را حفظ می کند .
بینش های اتمی از عملکرد کاتالیزور : با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی (DFT) و شبیه سازی های دینامیک مولکولی محققان پایدای مراکز فعال مختلف را بررسی کرده و مکانیزم عملکرد عالی کاتالیزور 1-CoS را آشکار کردند .یافته ها نشان داد که چارچوب انعطاف پذیر زئولیت ، سدهای انرژی واکنش دهیدروژناسیون را در سایت های کبالت منفرد به دلیل اثر آنتروپی به طور محسوسی کاهش می دهد. در نتیجه ، سد انرژی دهیدروژناسیون پروپان در 1-CoS حتی ازآلیاژ Pt3Sn نیز کمتر است. شبیه سازی میکروسینتیک : شبیه سازی های میکروسینتیک نشان داد که اگرچه 1-Cos دارای سد پایین تری برای دهیدروژناسیون است ، اما سرعت کلی واکنش در تبدیل های اولیه کمی کمتر از Pt3Sn است . علت این موضوع کاهش غلظت پروپان در سایت های کبالت منفرد است که ناشی از کاهش آنتروپی هنگام نفوذ در کانال زئولیت می باشد .
پایداری بلند مدت : کاتالیزور 1-CoS توسعه یافته در این مطالعه ، پایداری بلند مدت بسیار نشان می دهد . پژوهشگران اثبات کردند که دلیل این امر جذب غیرباندی پروپیلن درون زئولیت است . این ویژگی باعث می شود محصول به سرعت از سطج کاتالیزور جدا شود و تشکیل کک ( رسوبات کربنی ) کاهش یابد .
