Катализатор для окисления этилена при комнатной температуре и атмосферном давлении разработали ученые из ФИЦ «Институт катализа СО РАН». Новая технология основана на использовании материала делафоссита, который рассматривают как перспективную основу для создания катализаторов с заданными свойствами и который
Делафоссит имеет уникальную кристаллическую структуру на основе серебра или меди, позволяющую создавать множество вариантов смешанных оксидов различного состава. Методом подбора металлов можно влиять на свойства таких соединений и их каталитические характеристики (стабильность, реакционную способность, подвижность кислорода и т.д.).
Основываясь на это ученые синтезировали смешанный оксид никеля и серебра для эпоксидирования этилена – один из самых крупнотоннажных реагентов для химической промышленности — ежегодные объемы его производства в мире превышают 220 млн тонн. Этот оксид активно используют для получения соединений, из которых производят пластмассы, текстиль, бытовую химию и многое другое. Классическая реакция получения окиси этилена протекает при высоком давлении в 1–3 мегапаскалей (10–30 атмосфер — это сравнимо с давлением на глубине океана примерно 100–300 метров) и температуре 220–300℃. Исследователи же смогли снизить температуру реакции до комнатной, а давление — до атмосферного.
Фото: ФИЦ “Институт катализа СО РАН”
– Мы обнаружили на поверхности смешанного оксида серебра и никеля формы кислорода, которые способны эпоксидировать этилен при комнатной температуре, — рассказал автор исследования, научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН Дмитрий Свинцицкий. — Появление таких форм связано с необычными состояниями серебра и никеля на поверхности частиц оксида. Проведение реакции при комнатной температуре более целесообразно, чем реализуемый сегодня в промышленности процесс — можно сэкономить на системе подогрева и реакторах высокого давления. Потенциал для промышленного применения однозначно есть.
Он добавил, что в планах ученых — повысить стабильность катализатора для дальнейшего масштабирования.
Изначально делафоссит — это минерал, представляющий собой оксид меди и железа. Он был открыт и описан Карлом Фриделем в 1873 году по находке, сделанной в Екатеринбурге, и назван в честь минералога Габриэля Делафосса. В дальнейшем минерал дал имя всему классу схожих по структуре соединений. Сегодня их известно несколько десятков. В рамках гранта РНФ ученые нацелены как можно обширнее и глубже изучить системы со структурой делафоссита в аспекте их каталитического применения, чего ранее никто не делал.
– Мы выявим закономерности и зависимости между структурой, состоянием поверхности и каталитической активностью, которые прослеживаются в смешанных оксидных системах, — отметил ученый. — Нужно знать, какие центры в таких катализаторах активны, что влияет на их свойства, насколько они стабильны. Все это необходимо для того, чтобы научиться готовить катализаторы с заданными свойствами.
Описание инновационной технологии опубликовано в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.