“甲烷氧化耦合” 請個病毒來幫忙

本報記者 王小龍

2010年07月27日07:56  來源:《科技日報》

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  乙烯是一種無色、無臭、略帶甜味的氣體,是生產有機原料的基礎,廣泛應用於合成纖維、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大量熱量(裂解溫度為750℃—950℃),乙烯生產企業也被扣上了“耗能大戶”的帽子。

  為找到更為高效和廉價的乙烯制備方法,世界各國的科學家們已經進了30多年的努力。其間雖然也取得了一些進展,但到目前為止仍沒有任何一種技術能完全取代裂解法在商業生產中得以大規模應用。

  美國《紐約時報》近日報道稱,一個由分子生物學家和材料學家組成的小組表示,他們通過使用一種經過基因改造的病毒,不但可以大幅提高甲烷轉換為乙烯的效率,還能顯著降低生產過程中熱量的消耗。研究人員稱,如果這種材料能夠大規模商業量產,將預示著與分子生物學和化學工業相關的一系列技術變革的到來。

  這家位於硅谷的納米技術公司的研究人員稱,他們生產乙烯的技術主要依賴一種具有催化作用的基因工程病毒。該反應的關鍵在於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”),這種特殊的結構能為化學反應提供更多的化合空間,從而加強了反應效果,也讓反應所需的能量大為減少。

  據介紹,這個化學過程被稱為“甲烷氧化耦合”,從上世紀80年代開始一直是石油化工領域研究人員所研究的熱點。雖然取得了一定成果,但在實際能耗上卻一直改進不大。而在使用了這個包裹了不特定金屬線的病毒制造的毛團后,研究人員在200℃—300℃下就完成了制備乙烯的化學反應。

  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特的本領——能夠識別並附著於某些特定的材料之上。首先提出這種技術的是麻省理工學院分子生物學家安吉拉·貝爾奇。

  貝爾奇的實驗室去年就曾在《科學》雜志上發表論文,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,貝爾奇的研究團隊對一種病毒進行改造,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,研究人員還計劃進一步優化催化方法,在室溫下將乙醇轉化為氫氣。除此之外,該技術還可應用於生物燃料、氫燃料電池、二氧化碳封存以及癌症的診斷和治療等領域。

  研究人員坦言,對於這種觸媒表面的特殊化學性能,他們還並未完全理解。但“我們現在考慮的是‘還有什麼問題需要去解決’,這就是我們努力的目標和方向”,貝爾奇說。

(責任編輯:廖靖雯(實習))
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