VINACHEM

Bằng cách nạp các nguyên tử rhodi vào các lỗ xốp zeolit, các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Kansas (Mỹ) đã tạo ra một chất xúc tác có khả năng liên kết CH₄, CO và O₂để sản xuất axit axetic ở nhiệt độ thấp. Phát hiện này có thể dẫn đến quy trình sản xuất axit hữu cơ với giá thành thấp và tiêu tốn ít năng lượng.

Công nghiệp hóa chất thế giới sản xuất mỗi năm 6,5 triệu tấn axit axetic để sử dụng làm tác nhân phản ứng trong quá trình sản xuất các monome và nhiều hợp chất khác cũng như để ứng dụng trong y học và công nghiệp thực phẩm.

Hiện nay, axit axetic được sản xuất ở quy mô thương mại bằng nhiều quy trình khác nhau, như cacbonylat hóa metanol, trong đó CO được liên kết với rượu. Metanol thường được sản xuất từ hỗn hợp khí tổng hợp CO và H₂, khí này lại được sản xuất từ than đá hoặc metan. Một số quy trình sản xuất metanol ở quy mô công nghiệp được vận hành ở nhiệt độ cao đến 1000oC.

Các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Kansas đã sử dụng quá trình hóa học ướt và phương pháp trao đổi ion để kết lắng các cation rhodi riêng rẽ bên trong các vi lỗ của zeolit nhôm silicat ZSM-5. Dựa trên kết quả quang phổ hấp thụ tia X và các phương pháp phân tích khác, các nhà khoa học kết luận rằng chất xúc tác đã được tạo thành theo hình dạng của các hạt RhO5 trong lỗ xốp.

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá chất xúc tác mới với các nồng độ rhodi khác nhau bằng cách phân tán nó trong nước rồi đưa huyền phù thu được vào thiết bị phản ứng đã nạp CH₄, CO, O₂ ở các áp suất riêng phần khác nhau. Phản ứng đã tạo ra hỗn hợp axit axetic, axit forrmic và metanol. Sau khi điều chỉnh và tối ưu hóa điều kiện phản ứng, các nhà nghiên cứu đã tăng độ chọn lọc axit axetic lên đến 70% với nhiệt độ chỉ ở 150^oC. Trong điều kiện này, chất xúc tác được neo chốt trong lỗ xốp zeolit có hoạt tính cao gấp 1000 lần so với các cation axit axetic ở pha lỏng.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp dán nhãn đồng vị và các phương pháp thí nghiệm khác liên kết với phân tích bằng máy tính để tìm hiểu quá trình hoạt động của chất xúc tác mới. Cơ chế phản ứng 18 bước mà họ đề ra hiện đang được các chuyên gia tranh luận sôi nổi. Theo một chuyên gia tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (Mỹ), cơ chế này có tính thuyết phục cao và phù hợp với dữ liệu thu được. Một chuyên gia khác cho rằng phương pháp thiết kế chất xúc tác một cách hợp lý như trên có thể sẽ rất hữu ích cho các quá trình xúc tác khác, giúp giảm đáng kể tiêu hao năng lượng, giảm giá thành sản xuất.

TN

Theo Chemical & Engineering News, 3/2018