Design of mesoporous small-pore zeolites for direct conversion of methane to methanol

Metan, doğal gazın ana bileşeni, faydalı bir hammadde ve bol miktarda çıkarılabilen bir malzemedir. Bu nedenle, metanın değerlenmesi önemli bir araştırma alanı olarak kabul edilebilir. Metanın metanol gibi değerli malzemelere seçici dönüşümü, metandaki C–H bağlarının yüksek aktivasyon enerjisi (439 kJ mol-1) ve metanın zayıf asitliği nedeniyle oldukça istenen ancak zorlayıcı bir süreçtir. Bakır ve demir içeren zeolitler, metanı düşük sıcaklıklarda aktive edebilir ve katalitik olmayan 3-aşamalı bir işlem kullanarak kısmi oksidasyon ürünlerinin seçici oluşumuna izin verirler. Seçici metanol üretimini miktarda ticari olarak sağlamak için, anlamlı metanol oluşum hızları gösteren sürekli bir proses gerçekleştirilmelidir. Cu-zeolit kullanan sürekli metanol üretim sistemleri büyük ölçüde araştırılmamıştır ve pratik uygulamalar katalizör ve proses iyileştirme için temel bilgi birikimi gerektirir. Bu çalışmada, metan-metanol reaksiyonunu yüksek verim, ve seçicilikte orta sıcaklıklarda gerçekleştirmek için, farklı aktif Cu-merkezleri konsantrasyonuna sahip Mordenite, SSZ-13, SSZ-39 ve Omega gibi farklı tipte zeolitler geliştirilmiştir. Ayrıca metanol seçiciliğini artırmak amacıyla mezoporozite eklenmiştir. Değişen besleme gazı bileşimleri ile katalitik deneyler yapılmış ve reaktanların kısmi basıncında optimizasyon yapılmıştır. 573 K sıcaklıkta mikro gözenekli SSZ-39 ve Mordenite, sırasıyla en iyi metanol üretim hızlarını (90.6 µmol g-1 h-1ve 54.7 µmol g-1 h-1) ve uygun seçicilikleri (% 44 ve % 54) göstermiştir. Mezogözenek ilavesi sadece SSZ-39 örneğinde kısalan kristal boyutları sayesinde artan metanol seçiciliğine sebep olmuştur. Artan N2O kısmi basıncı, mikro gözenekli SSZ-39 için 130 umol g-1 h-1'e kadar artan miktarda metanol üretim değerleri ve % 52 oranında sseçicilik sağlamıştır. Aynı şekilde, 40.5 kPa metan kısmi basıncı SSZ-39 için 90.6 µmol g-1 h-1 ve Mordenite için 54.7 µmol g-1 h-1'e kadar artan metanol üretim hızlarıyla sonuçlanmıştır. Ek olarak, artan kısmi su basıncı, yüksek metnol seçiciliği ve SSZ-39 (311 µmol g-1 h-1) ve Mordenit (116 µmol g-1 h-l) üzerinde dikkate değer metanol üretim oranları göstermiştir.