Химик РУДН открыл способ контролировать фотоокисление толуола

Толуол – горючая жидкость, которую добывают из бензиновых фракций нефти для производства лакокрасочных материалов, химикатов, растворителей и авиационного топлива. При фотоокислении толуола вырабатывается бензальдегид и диоксид углерода. Из бензальдегида получают бензойную кислоту – важный элемент в производстве пищевых консервантов, лекарств и химического сырья. Однако распространенное в промышленности фотоокисление толуола кислородом в бензойную кислоту – процесс медленный. Химик РУДН предложил новый способ контроля фотоокисления толуола с помощью катализаторов g-C3N4/TiO2 и марганца (Mn), в 4,3 раза увеличивающих скорость реакции и повышающих эффективность выработки бензальдегида.

Рафаэль Луке, директор научного центра Объединённого института химических исследований РУДН с коллегами отмечают, что в качестве продуктов реакции для всех твердых веществ без существенных различий между композитными образцами обнаруживаются только бензальдегид и диоксид углерода. А их эталонный катализатор на основе диоксида титана высокоактивен и превращает продукт частичного окисления преимущественно в бензальдегид, повышая эффективность реакции.

Химики РУДН осуществили комбинацию адсорбционных и кинетических исследований. Они получили развитие доказательства того, что реакция происходит по гидроксил-опосредованному механизму – это означает, что повышение активности элементов зависит от изменения скорости образования гидроксильных частиц, которые присутствуют на поверхности твердых веществ. 

Ученые выяснили, что скорость реакции количественно связана со скоростью производства гидроксильных частиц, которые взаимодействуя с толуолом влияют на процесс фотоокисления. Это означает, что регулирование контакта между компонентами позволяет контролировать темпы фотоактивности.

Химики РУДН установили, что новые катализаторы повышают скорость реакции фотоокисления толуола примерно в 2,5 раза, а добавление марганца к компоненту нитрида углерода показывает дальнейшее увеличение активности реакции в 1,8 раз. То есть, контакт между компонентами композитного катализатора g-C3N4/TiO2 значительно улучшает фотоокисление толуола, а марганец усиливает такой благоприятный эффект.

Таким образом, химики выяснили, что контакт между компонентами позволяет контролировать темпы фотоактивности, замедляя или ускоряя процесс фотоокисления толуола. Авторы исследования сообщают, что полученные данные опровергают ранее существовавшую в научной литературе гипотезу о характере процесса фотоокисления.

Учитывая полученные опытным путем данные о характере взаимодействия элементов и особенностях реакции, ученые смогут продвинуться в области исследований процесса фотоокисления толуола, что позволит сократить время производства бензойной кислоты из горючей нефтяной фракции. В связи с этим, данное открытие будет востребовано в химической, пищевой промышленности и фармацевтике.

Рафаэль Луке, директор научного центра Объединённого института химических исследований РУДН, проводил исследования в соавторстве с коллегами из ведущих институтов Испании (университеты Мадрида, Гранады, Кордобы).

Статья в журнале Chemical Engineering Journal.