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C&EN 中文版
从甲烷制造甲磺酸的绿色环保方法
甲烷与三氧化硫在无金属低温工艺下生产可被生物降解的强酸
by Mitch Jacoby
March 21, 2019
| A version of this story appeared in
Volume 97, Issue 12
从甲烷制备甲磺酸的新方法涉及由过氧氧鎓离子（红色）引发的催化反应循环（蓝色）。
请访问cenm.ag/chinese或关注ACS微信订阅号获取更多《化学与化工新闻》的中文内容
德国一家化学公司的研究人员开发出一种将甲烷转化为甲磺酸（MSA）的方法，其产率和选择性接近100％（Science 2019, DOI: 10.1126/science.aav0177）。 该方法仅涉及两种反应物—甲烷和发烟硫酸（三氧化硫在硫酸中的溶液）—可以为甲磺酸提供低成本的合成途径。甲磺酸是一种可生物降解的强酸，并可以吨级生产，用于制药和电镀行业。
有巨大储量的甲烷是天然气的主要成分，其在偏远地区尚未被开发。多年来，研究人员一直致力于开发低能耗、低成本的将甲烷转化为易于运输的液体的方法。现有的几种商业方法是将甲烷转化为甲醇、碳氢化合物或者其他已知液体。但是这些方法大多数需要使用昂贵的金属催化剂，并且首先需要将甲烷转化为混合的合成气体（一氧化碳和氢气的混合物）。这个转化过程需要高温（> 600 °C），并且仅在非常大的规模下才具有经济成本上的优势。作为最大的甲磺酸制造商，巴斯夫通过多步工艺，使甲醇、氢气和硫磺反应生成甲磺酸。
Credit: Wolfram Scheible
Christian Díaz-Urrutia (左) 和 Timo Ott检查试验工厂的甲磺酸样品.
为了寻找一种经济的方法将甲烷直接转化为甲磺酸，化学家ChristianDíaz-Urrutia和德国公司Grillo-Werke的Timo Ott开始研究甲烷–三氧化硫之间的反应。 他们提出了一种低温（50 °C）无金属的合成路线。研究人员目前报告说，他们已经建造了一个试验工厂，并生产了成吨的甲磺酸，其纯度可达99.9％。 他们还推断出可能的反应机制，便于进一步对生产工艺进行改造。
该团队解释说，质子化的磺酰基化合物，作为一种过氧氧鎓离子，通过从甲烷分子上夺走一个氢负离子（hydride）进而生成CH3+ 离子引发反应（如图所示）。与此同时，CH3+ 与SO3 反应生成的CH3SO2O+阳离子还可以通过夺取一个氢负离子与甲烷反应，产生甲磺酸并使具有反应活性的CH3+ 离子再生。
“这种直接的单步反应可以为制造甲磺酸提供成本优势“，马克斯-普朗克Kohlenforschung研究所的甲烷活化化学专家Ferdi Schüth评论道 。 然而，他指出，关于该工艺的经济方面的数据尚未公开，并且由于混合物的酸性，使用发烟硫酸需要昂贵的设备。 即便如此，Schüth说，这种活化甲烷的方法也可用于生产其它化学品。
Jens Beckmann对此表示赞同。 不莱梅大学的无机化学家表示，该研究不仅“开启了一条具有选择性的、环保的、可批量生产甲磺酸的新途径”，而且还帮助化学家了解甲烷活化和甲烷化学的基本原理。
该报道由李杰为C&EN翻译。文章的原始英文版本如下。
Chemical & Engineering News
ISSN 0009-2347
Copyright © 2025 American Chemical Society
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