圖1 德國(guó)納米反應(yīng)器
用工業(yè)的方法生產(chǎn)燃料早已有之。早在1925年，德國(guó)化學(xué)家弗朗茨—菲舍和漢斯—托普西開發(fā)出一種利用合成氣體—一氧化碳和氫氣，生產(chǎn)碳?xì)浠衔?，如汽油和柴油。原先人們希望由德?guó)富有的煤炭制備合成氣體，后來(lái)主要是天然氣作為原料，但是木材、污泥或者作物秸稈在未來(lái)將代替這種功能。
這種菲舍—托普西(Fischer-Tropsch)方法在工業(yè)上早已試驗(yàn)過(guò)，其生產(chǎn)燃料的成本比傳統(tǒng)的由石油生產(chǎn)燃料貴很多。如果能制造一種承擔(dān)若干必要的轉(zhuǎn)換步驟的多功能反應(yīng)器，則這種方法的成本會(huì)下降很多。但是目前每一個(gè)轉(zhuǎn)換步驟需要一個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器，這樣無(wú)疑推高了制造成本。
現(xiàn)在新開發(fā)的納米反應(yīng)器只需執(zhí)行菲舍—托普西(Fischer-Tropsch)方法的兩個(gè)步驟，每個(gè)步驟必需一個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器。第一個(gè)反應(yīng)器承擔(dān)第一個(gè)步驟，將合成氣體轉(zhuǎn)化為各種碳?xì)浠衔?，其中也有汽油的成分。第一步也生產(chǎn)了不受歡迎的長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔铮@種長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔镆泊嬖谟谌加椭?。為了在終端產(chǎn)品中提高較高價(jià)值的短鏈的碳?xì)浠衔锍煞郑虼擞斜匾獙?shí)施第二步驟，即裂解。在裂解中不受歡迎的長(zhǎng)鏈分子將分解為短鏈分子。在新的納米反應(yīng)器中，這是重要的一步。
圖2 典型的沸石LEV，BEA，MFI的結(jié)構(gòu)示意圖
制造這種納米反應(yīng)器，科學(xué)家使用了沸石的納米晶體。沸石的晶體結(jié)構(gòu)具有很多相同大小的氣孔，這些氣孔提供了發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的表面，并提高反應(yīng)器的效率。因?yàn)樗袣饪讕缀跻粯哟笮?，沸石反?yīng)器可以像篩子一樣工作。統(tǒng)一的氣孔尺寸將產(chǎn)品種類限制在一種能通過(guò)氣孔的分子水平。
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