Катализатор для селективного превращения глицерина в молочную кислоту
Ученые химического факультета Томского государственного университета (ТГУ) разработали новые катализаторы с моноатомными и кластерными структурами. Особая структура материала позволяет в разы снизить количество активных дорогостоящих компонентов — палладия, золота, платины, иридия, обеспечивая при этом более высокую активность. Лабораторные образцы показали высокую эффективность в реакции восстановления высокотоксичных веществ — нитроароматических соединений при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Наиболее активными в окислении летучих органических соединений являются катализаторы на основе благородных металлов, в первую очередь палладия и платины. Но их использование ограничено высокой стоимостью, а разрушение в ходе каталитических процессов приводит к безвозвратной потере дорогостоящих металлов. Поэтому ученые постоянно ищут варианты замены катализаторам на основе благородных металлов.
«Задачу создания катализаторов на основе благородных металлов с высокой активностью, но при этом с пониженной стоимостью, можно решить двумя путями. Первый вариант — использование очень малых содержаний металлов, стабилизированных в моноатомных и кластерных состояниях. Для этого нужно придумать и организовать такую структуру, в которой атомы активного вещества будут стабильны и обеспечат материалу необходимые каталитические свойства. Второй путь — комбинирование платиновых металлов с другими, более доступными металлами, в частности, серебром и железом с получением соответствующих биметаллических структур. Это обеспечивает синергетический эффект за счет совместного действия двух металлов. Мы используем оба подхода в разработке новых катализаторов», — рассказал руководитель проекта заведующий научно-исследовательской лабораторией пористых материалов и сорбции химического факультета ТГУ Григорий Мамонтов.
Томские химики испытали линейку из шести катализаторов, созданных на основе оксидов CeO2 и Fe2O3. В качестве активных компонентов использовали иридий и серебро. Тестирование проводили в реакции восстановления нитроароматических соединений. Это одни из самых стойких вредных органических загрязнителей, которые присутствуют в воде, использованной фармацевтическими, лакокрасочными, химическими и другими промышленными предприятиями.
«Нитрофенолы широко используются в промышленности как промежуточные соединения в синтезе более ценных соединений — аминов. Стабильное и водорастворимое вещество 4-нитрофенол является основным загрязнителем сточных вод при производстве лекарств, фунгицидов, инсектицидов и красителей. Это вещество также оказывает токсическое воздействие на организм человека. Таким образом, разработка методов нейтрализации 4-нитрофенола является важной задачей», — отметил ученый.
Катализаторы превращают вредное вещество в амины, которые, напротив, полезны и могут использоваться во многих отраслях промышленности — лакокрасочной, фармацевтической, косметической. Сейчас их получают в достаточно «жестких» условиях — при высоких температуре и давлении, что требует больших финансовых и энергетических затрат. Подходы, предлагаемые химиками ТГУ, соответствуют принципам «зеленой» химии и позволят сделать это при комнатной температуре и атмосферном давлении.
За счет особой структуры и комбинирования платиновых металлов с более доступными металлами исследователям удалось добиться синергетического эффекта — при снижении количества активного дорогостоящего вещества эффективность катализатора не снижается, а наоборот, повышается.
Результаты работы опубликованы в Journal of Catalysis. Проект реализуется при поддержке РНФ.
Источник: Пресс-служба Минобрнауки РФ