乙烯是一種無色、無臭、略帶甜味的氣體,是生產(chǎn)有機(jī)原料的基礎(chǔ),廣泛應(yīng)用于合成纖維、合成橡膠、合成塑料以及合成乙醇的制造。但在乙烯制備中長期以來所使用的裂解法需要耗費(fèi)大量熱量(裂解溫度為750℃—950℃),乙烯生產(chǎn)企業(yè)也被扣上了“耗能大戶”的帽子。
為找到更為高效和廉價(jià)的乙烯制備方法,世界各國的科學(xué)家們已經(jīng)進(jìn)行了30多年的努力。其間雖然也取得了一些進(jìn)展,但到目前為止仍沒有任何一種技術(shù)能完全取代裂解法在商業(yè)生產(chǎn)中得以大規(guī)模應(yīng)用。
美國《紐約時(shí)報(bào)》近日報(bào)道稱,一個(gè)由分子生物學(xué)家和材料學(xué)家組成的小組表示,他們通過使用一種經(jīng)過基因改造的病毒,不但可以大幅提高甲烷轉(zhuǎn)換為乙烯的效率,還能顯著降低生產(chǎn)過程中熱量的消耗。研究人員稱,如果這種材料能夠大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn),將預(yù)示著與分子生物學(xué)和化學(xué)工業(yè)相關(guān)的一系列技術(shù)變革的到來。
這家位于硅谷的納米技術(shù)公司的研究人員稱,他們生產(chǎn)乙烯的技術(shù)主要依賴一種具有催化作用的基因工程病毒。該反應(yīng)的關(guān)鍵在于該病毒能在其表面包裹一層雜亂的、具有催化效用的納米線(研究人員稱其為“毛團(tuán)”),這種特殊的結(jié)構(gòu)能為化學(xué)反應(yīng)提供更多的化合空間,從而加強(qiáng)了反應(yīng)效果,也讓反應(yīng)所需的能量大為減少。
據(jù)介紹,這個(gè)化學(xué)過程被稱為“甲烷氧化耦合”,從上世紀(jì)80年代開始一直是石油化工領(lǐng)域研究人員所研究的熱點(diǎn)。雖然取得了一定成果,但在實(shí)際能耗上卻一直改進(jìn)不大。而在使用了這個(gè)包裹了不特定金屬線的病毒制造的毛團(tuán)后,研究人員在200℃—300℃下就完成了制備乙烯的化學(xué)反應(yīng)。
研究人員利用的這種病毒名為噬菌體。這種對人體無害的病毒具有一種獨(dú)特的本領(lǐng)——能夠識別并附著于某些特定的材料之上。首先提出這種技術(shù)的是麻省理工學(xué)院分子生物學(xué)家安吉拉·貝爾奇。
貝爾奇的實(shí)驗(yàn)室去年就曾在《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文,描述了在室溫下合成鈷氧化物納米線的方法,該方法可提高鋰電池的容量。今年4月,貝爾奇的研究團(tuán)隊(duì)對一種病毒進(jìn)行改造,將其作為生物支架把一些納米組件搭建在一起,成功模擬了植物光合作用的原理,在室溫下將水分子分解成了氫原子和氧原子。下一步,研究人員還計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化催化方法,在室溫下將乙醇轉(zhuǎn)化為氫氣。除此之外,該技術(shù)還可應(yīng)用于生物燃料、氫燃料電池、二氧化碳封存以及癌癥的診斷和治療等領(lǐng)域。
研究人員坦言,對于這種觸媒表面的特殊化學(xué)性能,他們還并未完全理解。但“我們現(xiàn)在考慮的是‘還有什么問題需要去解決’,這就是我們努力的目標(biāo)和方向”,貝爾奇說。
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