Ученые выяснили, как создать более эффективные катализаторы для сжигания низкосортного топлива и промышленных отходов

17.06.2019



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

©РАН 2019