Российские
ученые занимаются разработкой катализаторов для эффективного сжигания
низкосортного топлива, такого как бурый уголь, торф и древесные опилки, а также
для утилизации отходов пищевых и промышленных производств. Химики показали, что
для создания подобных катализаторов нет необходимости использовать дорогие
металлы, например, платину или палладий: с этой задачей эффективно справляются
композиты на основе оксидов железа и алюминия. В ходе исследований ученые
подобрали условия, при которых такие катализаторы наиболее эффективны. Работа
проходит в рамках проекта, поддержанного грантом Президентской программы
исследовательских проектов Российского научного фонда, а ее результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале
Inorganic Chemistry.
Сжигание, или окисление, веществ с помощью
катализаторов – соединений, ускоряющих химические реакции, – все больше
привлекает внимание исследователей. Каталитическое сжигание топлива в кипящем
слое катализатора позволяет эффективнее использовать традиционные виды топлива
(уголь, торф), обеспечивая высокую производительность и экологичность процесса.
Так же можно утилизировать разные виды промышленных отходов, например, от
производства нефтяных и пищевых продуктов, используя их как топливо. Чаще всего,
применяют вещества на основе платины и палладия, однако, их использование
довольно дорого, а потому может быть не оправдано. Наиболее перспективными
катализаторами для этого процесса считаются дешевые соединения на основе
оксидов железа и алюминия и их модификация оксидом меди.
Сотрудники Института катализа имени Г. К. Борескова
СО РАН (Новосибирск) исследуют природу каталитического действия таких веществ и
изучают механизмы протекающих на их поверхности реакций, чтобы в дальнейшем
целенаправленно получать соединения с максимальной активностью. Для улучшения
свойств катализаторов авторы используют промоторы – специальные добавки,
которые повышают такие характеристики как, например, активность или
устойчивость к повышенным температурам. Однако в некоторых случаях
промотирование катализаторов приводит к изменению их свойств: процессов
восстановления и фазовых переходов – смены фаз вещества под действием внешних
условий.
«Мы исследовали процессы восстановления у ряда
катализаторов на основе оксидов железа и алюминия, а также их модификации
оксидом меди. Исследование проведено в режиме in situ – то есть когда катализатор непосредственно помещался в
восстановительную атмосферу, в нашем случае – в поток угарного газа. Мы изучали
его физико-химические параметры с помощью различных методов в температурном
диапазоне от 20 до 700°С. Теперь мы понимаем, при каких температурах происходит
активация и дезактивация катализатора, а также какие фазы в составе
композитного соединения влияют на его активность и стабильность», – рассказал
один из авторов статьи Андрей Сараев, руководитель проекта, кандидат
физико-математических наук, научный сотрудник Института катализа.
«В дальнейшем наша группа планирует исследовать эти
же системы в условиях окислительно-восстановительной среды в присутствии паров
воды. Эти условия максимально близки к протеканию реальных промышленных
процессов», – заключил Андрей Сараев.
Пресс-служба Российского научного фонда