在甲烷氧化偶联中,膜/催化剂系统的优势在于,通过膜将氧气引入催化位点,从而避免O2(g)的寄生气相反应(导致产物选择性降低)。然而,膜/催化剂系统的设计和制造受制于低体积化学转化率、高生产成本以及共同设计膜和催化剂性能以优化性能等。
今日,美国 密西根大学(University of Michigan)James Wortman,Suljo Linic等,在Nature Materials上发文,报道开发基于相转化phase inversion的双层增材制造工艺,以设计、制造和优化用于甲烷氧化偶联的中空纤维膜/催化剂系统。基于作为催化剂和分离层的基础案例。研究表明,基于增材制造方法,可以共同设计膜厚度和催化剂表面积,以相互匹配膜的氧气传输通量和催化剂层中的甲烷活化速率。研究证明,对于最大化性能,这种“速率匹配”是至关重要的,在相同条件下,膜/催化剂系统的性能大大超过传统反应器设计。Optimizing hierarchical membrane/catalyst systems for oxidative coupling of methane using additive manufacturing. 基于增材制造,甲烷氧化偶联的分级膜/催化剂系统优化。图1:基于增材制造的分层膜/催化剂合成方法。
图2: ,BCG 增材制造催化中空纤维膜additive manufacturing catalytic hollow-fibre membranes,AMCHFMS表征。
图3:对称和增材制造催化中空纤维膜AMCHFM ,BCG膜/催化剂系统的甲烷氧化偶联oxidative coupling of methane,OCM性能。
图4:在膜/催化剂体系中,甲烷氧化偶联OCM过程时,速率决定步骤的动力学研究。
图5:优化,BCG 增材制造催化中空纤维膜AMCHFM系统的甲烷氧化偶联OCM性能。
Wortman, J., Igenegbai, V.O., Almallahi, R. et al. Optimizing hierarchical membrane/catalyst systems for oxidative coupling of methane using additive manufacturing. Nat. Mater. (2023). https://doi.org/10.1038/s41563-023-01687-xhttps://www.nature.com/articles/s41563-023-01687-x声明:仅代表译者个人观点,小编水平有限,如有不当之处,请在下方留言指正!