Химики РУДН создали нанокатализаторы для непрерывного синтеза биотоплива
Приглашенный сотрудник РУДН Рафаэль Луке вместе с китайскими и испанскими коллегами работает над синтезом гамма-валеролактона (ГВЛ). Эту бесцветную жидкость с запахом свежескошенной травы получают из отходов пищевых производств или из растений, оставшихся на полях после уборки урожая. ГВЛ можно использовать как безопасный растворитель или добавку к бензину, а можно перегонять в углеводороды — «зеленое» топливо для двигателей внутреннего сгорания.
Промышленное использование ГВЛ тормозят две основные проблемы. Во-первых, его производство требует дорогостоящих катализаторов. Сейчас на рынке представлены вещества на основе благородных металлов, таких как рутений. Во-вторых, существующие катализаторы не подходят для поддержания длительной реакции.
Авторы работы предложили решения обеих проблем. Они синтезировали четыре новых катализатора на основе кристаллов диоксида титана: с 1, 2, 3 и 5 процентами наночастиц рутения (в существующих катализаторах содержится 5 и более процентов ценного металла). Затем в серии испытаний химики стали искать среди катализаторов не просто самый активный, но и самый стабильный, способный поддерживать реакцию длительное время.
Исследователи запускали гидрирование левулиновой кислоты или ее производного метил левулината (именно при этих двух реакциях синтезируется ГВЛ) в присутствии разных катализаторов, как новых на основе диоксида титана, так и известных ранее. Отдельно испытывали каталитическую активность чистого диоксида титана. Каждое вещество проверяли во всех возможных условиях. Ученые меняли температуру, количество катализатора, концентрацию исходного вещества в растворителе, скорость подачи потока в реактор.
Выяснилось, что чистый диоксид титана не имеет каталитической активности. Только в присутствии наночастиц рутения из исходных веществ образовывался ГВЛ. Все синтезированные учеными катализаторы на основе диоксида титана оказались активными, но наибольшую эффективность показал все же вариант с самым высоким — 5% — содержанием наночастиц рутения. В его присутствии реакция протекала в 98% исходного вещества, причем 97% шло на образование целевого продукта — ГВЛ.
Показатели ранее известных катализаторов, несмотря на такое же содержание рутения в их составе, были заметно ниже. Например, с рутениевым катализатором на основе углерода реакция проходила в 83% вещества, а на образование ГВЛ шли 52%. Кроме того, эти катализаторы применяются только при получении ГВЛ из левулиновой кислоты, но не из ее производных.
Еще более важной находкой оказалась высокая устойчивость новых катализаторов. В то время как другие катализаторы уже через два часа после начала реакции теряли активность, вещества на основе диоксида титана даже улучшали показатели. Катализатор с 5% наночастиц рутения вновь оказался лучше остальных: в его присутствии ГВЛ выделялся непрерывно более 24 часов.
«Традиционный путь синтеза ГВЛ — непродолжительные реакции в реакторах периодического действия, — говорит Рафаэль Луке, профессор Центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины, приглашенный сотрудник РУДН, — потому катализаторов для непрерывного производства ГВЛ не было. Нам удалось создать относительно дешевую, высокопродуктивную и очень стабильную каталитическую систему на основе кристаллов диоксида титана. Потенциал новых катализаторов не исчерпывается синтезом ГВЛ, мы планируем применить их в других исследованиях».
В исследовании участвовали ученые из Университета легкой промышленности Чжэнчжоу (Китай), Университета Кордовы и Института катализа и нефтехимии (Испания). Работа была проведена при поддержке программы «5 –100».
Результаты исследования опубликованы в журнале ChemSusChem
Личинки мухи «чёрная львинка» в мире все чаще используются для утилизации отходов. Ученые института экологии РУДН поставили перед собой амбициозную задачу: понять, как тот или иной набор микроорганизмов в кишечнике личинок влияет на эффективность переработки разных видов отходов и как меняется состав микробиома в зависимости от условий питания. Никита Митькин — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник института экологии РУДН, рассказал о первых результатах этого трехлетнего исследования. В частности, ученые доказали, что набор микроорганизмов микробиома способен перестраиваться. Теперь предстоит установить, какие именно изменения являются функционально полезными и можно ли воспроизвести их целенаправленно, «запрограммировав» личинок чёрной львинки на переработку определенного вида сырья.
Коллектив института инженерных инновационных технологий РУДН под руководством старшего научного сотрудника Михаила Юрьевича Задорожного получил грант университета на разработку и исследование прототипа металлогидридной системы для аккумулирования энергии. Проект поддержан в рамках конкурса 2026 года на выполнение НИР/НИОКР научными коллективами под руководством молодых учёных.
Попробовать поискать ответ на вопрос, а почему происходит то или иное явление, — это уже наука, заявил на Фестивале науки в РУДН Фёдор Оцелюк, студент аграрно-технологического института. По его словам, разница между школьниками, студентами и настоящими учёными вовсе не в гениальности, а лишь в понимании того, «куда нести свой вопрос». Преподаватели и студенты дали советы будущим учёным, с чего именно начать путь в науку, как обрести единомышленников и стать частью научного сообщества.