Против глобального потепления. Медь улучшила катализатор для переработки парниковых газов
Исследователи создали надежный каталитический состав на базе никеля с примесью меди, который с высокой степенью эффективности (95%) преобразует этанол в газовый синтез, применяемый в химической промышленности и энергетике. Этот процесс также может быть использован для улавливания парниковых газов из атмосферы, что способствует борьбе с глобальным потеплением.
Работа, финансируемая Российским научным фондом (РНФ), опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry C.
Для сокращения концентрации парниковых газов, включая углекислый газ и метан, в атмосфере, ученые разрабатывают методы их трансформации в ценные химические вещества. Так, из углекислого газа можно получить этанол, а затем газовый синтез — смесь водорода с монооксидом углерода, используемую для производства энергии и других нужд. Для этого процесса необходимы катализаторы, которые ускоряют химические реакции. Никель часто применяется в качестве катализатора благодаря своей доступности и эффективности, но при высоких температурах он может сплавляться и покрываться углеродом, что снижает его эффективность со временем.
Команда Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы разработала устойчивый к спеканию катализатор для производства газового синтеза из этанола. Для предотвращения слияния частиц никеля при нагревании, исследователи добавили в состав меди в различных пропорциях (1%, 10% и 50%). Эти биметаллические наночастицы были нанесены на специальную подложку из оксидов алюминия, циркония и церия, что предотвратило отложение углерода.
Ученые сравнили эффективность новых соединений с одноэлементными катализаторами. При температуре 650°С в течение семи часов они обнаружили, что изменяя содержание меди и компонентов подложки, можно регулировать состав газового синтеза.
Добавление всего 1% меди позволило достичь 95% эффективности преобразования этанола в газовый синтез с повышенным содержанием водорода (от 55% до 68%), в отличие от чистого никелевого катализатора, где водород и монооксид углерода образуются в равных пропорциях.
Кроме того, было установлено, что активность медно-никелевых катализаторов снижается незначительно (на 5–10%) за время реакции, подтверждая их высокую стабильность.
Наши исследования показали, что добавление небольшого количества меди к никелевому катализатору позволяет сохранить его активность при высоких температурах благодаря тому, что он препятствует слипанию наночастиц между собой. Нанесение биметаллических наночастиц на подложку из оксидов металлов помогает избежать другого негативного эффекта — отложения углерода на поверхности катализатора. Предложенная каталитическая система будет полезна для утилизации парниковых газов и получения из них простым и экологичным способом соединений, использующихся в химии и энергетике. В дальнейшем мы планируем тестировать наши лучшие катализаторы в нескольких циклах работы, а также исследовать возможность их применения в процессах переработки других соединений, в частности, глицерина и метана.
- Анна Жукова, кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии РУДН им. Патриса Лумумбы
Фото на обложке: руководитель проекта Анна Жукова в лаборатории. Источник: Анна Жукова, предоставлено пресс-службой РНФ