Химики РУДН создали недорогие катализаторы для переработки биоэтанола
Биоэтанол — этиловый спирт, который получают из растительного сырья — путем ферментации биомассы промышленных или сельскохозяйственных отходов. Его используют как более экологичное по сравнению с бензином топливо. Но это не единственный вариант — этанол можно переработать в ацетальдегид, диэтиловый эфир и другие востребованные в промышленности химические соединения. Чтобы запустить такие химические реакции, требуются высокоэффективные катализаторы. Однако существующие катализаторы содержат благородные металлы, и поэтому использовать их слишком дорого. Химики предложили новые катализаторы на основе алюминия и циркония, модифицированные медью.
«Лучшие из известных катализаторов для преобразований этанола основаны на оксидах, промотированными благородными металлами. Однако они достаточно дороги. Более доступный вариант — катализаторы с медью в качестве активной фазы, но пока среди них не найден оптимальный вариант. Требуются доработки, чтобы с помощью этих катализаторов обеспечить одновременно высокую конверсию и селективность реакции — то есть оставлять непереработанным как можно меньше этанола и при этом получать необходимые вещества, а не побочные продукты», — кандидат химических наук Анна Жукова, доцент кафедры физической и коллоидной химии РУДН.
Исследователи объединили два подхода к повышению эффективности катализаторов для создания ацетальдегида. Во-первых, они соединили в нанокомпозитах оксиды нескольких металлов: алюминия, церия и циркония. Исследователи синтезировали пять типов порошков с разным соотношением оксидов. Причем одну серию из пяти типов соединений приготовили при сравнительно небольшой температуре в 180°C, а вторую прогрели до 950°C. Это позволило сформировать в материалах разные структуры. Прокаленные образцы отличались большим диаметром и объемом пор.
Вторая идея заключалась в добавлении меди. Все порошки пропитали водным раствором нитрата меди, просушили при комнатной температуре и подвергли воздействию потока водорода при температуре 400°C. После этого готовые катализаторы проверили в реакции дегидрирования паров этанола. Их размещали тонким слоем на пористом фильтре, а затем подавали пары спирта в потоке гелия. Реакция проводилась при температурах от 240°C до 360°C.
Все нанокомпозиты показали каталитическую активность, но показатели конверсии и селективности отличались. При одной и той же температуре, но с разными катализаторами, выход ацетальдегида составлял от 32 до 95%, а доля переработанного этанола — от 17 до 57%. Больше всего целевого продукта удалось получить с помощью катализаторов с 5% оксида алюминия в составе.
«Образцы катализаторов на основе меди с 5% оксида алюминия демонстрировали самую высокую селективность во всем диапазоне температур. Мы установили, что смешанный состав оксидов создает условия для формирования на поверхности катализатора реакционных центров из ионов меди с разным зарядом. Лучший вариант — использовать в синтезе катализатора смесь оксидов с небольшим содержанием алюминия и прокаливать их при 950°C», — говорит кандидат химических наук Анна Жукова, доцент кафедры физической и коллоидной химии РУДН.
Результаты исследования опубликованы в Catalysis Today.
Статья в Indicator.ru.
В РУДН состоялась III Международная студенческая научно-практическая конференция «Современная концепция стоматологической действительности». Мероприятие объединило студентов, аспирантов и молодых учёных из ведущих университетов России и зарубежья, дав им возможность представить результаты своих научных исследований.
С 29 июня по 8 июля прошла XXXI Всероссийская конференция с международным участием «Информационные и математические технологии в науке и управлении». Мероприятие собрало на берегу Байкала 170 учёных и специалистов из 11 регионов России и зарубежья. За 10 насыщенных дней участники выступили со 106 докладами, охватившими главные тренды цифровой трансформации науки и промышленности — от математического моделирования и семантических вычислений до кибербезопасности критически важных инфраструктур.
Коллектив учёных факультета физико-математических и естественных наук РУДН под руководством доктора химических наук, доцента кафедры органической химии Фёдора Ивановича Зубкова стал победителем конкурса Российского научного фонда. Проект «Рутениевые катализаторы метатезиса олефинов, стабильные в протонных растворителях» получит финансирование на