Neue Strategie
Methan, Hauptbestandteil von Schiefergas und brennbarem Eis, wird Erdöl ersetzen, um Chemikalien mit hohem Mehrwert wie etwa Aromaten zu produzieren. Methan ist relativ reaktionsträge, was auf die hohe C-H-Bindungsstärke und die supersymmetrische Struktur zurückzuführen ist und seine Anwendungen behindert. Jetzt entwickelte ein Forschungsteam unter Leitung von Prof. LIU Zhongmin und Prof. ZHU Wenliang vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Strategie für die Umwandlung von Methan in Aromaten durch Kopplung von CH3Cl mit CO über H-Zeolithe.
Methan – CH4
Die Untersuchung „Hochgradig verbesserte Selektivität für Aromaten durch Kopplung von Chlormethan und Kohlenmonoxid über H-ZSM-5“ wurde in Angew. Chem. Int. Ed. am 01.02.2022 veröffentlicht und als „Very Important Paper“ für die hintere innere Umschlagseite ausgewählt.
Die Forscher verwendeten H-ZSM-5 als Katalysator, um eine hohe Selektivität für Aromaten sowie eine hohe Selektivität für Benzol, Toluol und Xylol (BTX) zu erreichen. Sie fanden heraus, dass die Selektivität für Aromaten nach Einführung von CO von 39,0 % auf 79,3 % und die entsprechende BTX-Selektivität von 17,7 % auf 48,0 % bei 2,0 MPa und 673 K anstieg. Nach Optimierung der Reaktionsbedingungen erreichte die Aromaten-Selektivität 82,2 % und die BTX-Selektivität 59,3 %. Außerdem entdeckten sie, dass 2,3-Dimethyl-2-Cyclopenten-1-on (DMCPO) aus Acetylgruppen und Olefinen gebildet wurde. Und es wurde nachgewiesen, dass CO in die DMCPO- und Aromatenringe eingebaut wird.
Anschließend schlugen sie einen neuen Aromatisierungsmechanismus vor, der die Bildung der oben genannten Zwischenprodukte einschließt und die Wasserstoffübertragungsreaktion deutlich abschwächt, was zu einem Anstieg der Aromaten-Selektivität und einem Rückgang der Alkane führt. „Unsere Studie erweitert die Ansätze zur Umwandlung von Methan in Chemikalien und gewährleistet die nachhaltige Entwicklung von Erdgas auf einem umweltfreundlichen Weg“, so Prof. ZHU. (Text: FANG Xudong und LIU Hongchao)
->Quellen:
- english.dicp.cas.cn/t20220321_302544
- Xudong Fang, Hongchao Liu, Zhiyang Chen, Zhaopeng Liu, Xiangnong Ding, Youming Ni, Wenliang Zhu, Zhongmin Liu: Highly Enhanced Aromatics Selectivity by Coupling of Chloromethane and Carbon Monoxide over H-ZSM-5, in: Angewandte Chemie, Int.Edition, 01.02.2022 – https://doi.org/10.1002/anie.202114953