“甲烷氧化耦合” 请个病毒来帮忙

本报记者 王小龙

2010年07月27日07:56  来源:《科技日报》

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  乙烯是一种无色、无臭、略带甜味的气体,是生产有机原料的基础,广泛应用于合成纤维、合成橡胶、合成塑料以及合成乙醇的制造。但在乙烯制备中长期以来所使用的裂解法需要耗费大量热量(裂解温度为750℃—950℃),乙烯生产企业也被扣上了“耗能大户”的帽子。

  为找到更为高效和廉价的乙烯制备方法,世界各国的科学家们已经进了30多年的努力。其间虽然也取得了一些进展,但到目前为止仍没有任何一种技术能完全取代裂解法在商业生产中得以大规模应用。

  美国《纽约时报》近日报道称,一个由分子生物学家和材料学家组成的小组表示,他们通过使用一种经过基因改造的病毒,不但可以大幅提高甲烷转换为乙烯的效率,还能显著降低生产过程中热量的消耗。研究人员称,如果这种材料能够大规模商业量产,将预示着与分子生物学和化学工业相关的一系列技术变革的到来。

  这家位于硅谷的纳米技术公司的研究人员称,他们生产乙烯的技术主要依赖一种具有催化作用的基因工程病毒。该反应的关键在于该病毒能在其表面包裹一层杂乱的、具有催化效用的纳米线(研究人员称其为“毛团”),这种特殊的结构能为化学反应提供更多的化合空间,从而加强了反应效果,也让反应所需的能量大为减少。

  据介绍,这个化学过程被称为“甲烷氧化耦合”,从上世纪80年代开始一直是石油化工领域研究人员所研究的热点。虽然取得了一定成果,但在实际能耗上却一直改进不大。而在使用了这个包裹了不特定金属线的病毒制造的毛团后,研究人员在200℃—300℃下就完成了制备乙烯的化学反应。

  研究人员利用的这种病毒名为噬菌体。这种对人体无害的病毒具有一种独特的本领——能够识别并附着于某些特定的材料之上。首先提出这种技术的是麻省理工学院分子生物学家安吉拉·贝尔奇。

  贝尔奇的实验室去年就曾在《科学》杂志上发表论文,描述了在室温下合成钴氧化物纳米线的方法,该方法可提高锂电池的容量。今年4月,贝尔奇的研究团队对一种病毒进行改造,将其作为生物支架把一些纳米组件搭建在一起,成功模拟了植物光合作用的原理,在室温下将水分子分解成了氢原子和氧原子。下一步,研究人员还计划进一步优化催化方法,在室温下将乙醇转化为氢气。除此之外,该技术还可应用于生物燃料、氢燃料电池、二氧化碳封存以及癌症的诊断和治疗等领域。

  研究人员坦言,对于这种触媒表面的特殊化学性能,他们还并未完全理解。但“我们现在考虑的是‘还有什么问题需要去解决’,这就是我们努力的目标和方向”,贝尔奇说。

(责任编辑:廖靖雯(实习))
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