Химики нашли сверхэффективный катализатор для обессеривания нефти

Сотрудники МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с коллегами из ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) впервые получили и исследовали «корочковые» биметаллические катализаторы, синтезированные методом лазерного электродиспергирования. Новые материалы показали более высокую активность в важных реакциях нефтехимии и экологического катализа, чем монометаллические аналоги. Результаты работы опубликованы в журнале ChemCatChem

«Двойные» катализаторы, в структуре которых присутствуют каталитические центры двух металлов, позволяют проводить важные промышленные процессы в более мягких условиях. Ученые из ФТИ имени А.Ф. Иоффе РАН под руководством профессора, д.х.н. Сергея Гуревича разработали метод лазерного электродиспергирования (ЛЭД), с помощью которого получили биметаллические катализаторы. Учёные химического факультета МГУ – ведущие научные сотрудники, д.х.н. Татьяна Ростовщикова, Ирина Тарханова, Екатерина Локтева – впервые исследовали активность двойных катализаторов, синтезированных методом ЛЭД, в реакциях окислительно-восстановительного катализа: окислении угарного газа и серосодержащих компонентов нефти (реакции экологического катализа).

Ученые показали, что палладий-никелевый катализатор, нанесенный на оксид алюминия и содержащий всего 5×10-3 масс. % металлов, в 6 раз более активен в окислении оксида углерода, чем монометаллический палладиевый, и в 26 раз активнее, чем известный золото-никелевый катализатор на том же носителе, но приготовленный стандартными методами и содержащий в 200 раз больше металла. Биметаллический никель-вольфрамовый ЛЭД-катализатор в два раза активнее монометаллического вольфрамового и при этом значительно более устойчив в агрессивной реакционной среде: с помощью одной порции катализатора можно успешно превратить не одну-две, а пять и более порций реагентов. Более того, никель-вольфрамовые катализаторы способны проводить сразу два нефтехимических процесса – гидрообработку и окислительное обессеривание.

Лазерное излучение позволяет нанести на инертный носитель мельчайшие наночастицы металлов. Сначала мишень из выбранного металла подвергают лазерному воздействию: капли расплавленного металла заряжаются в плазме лазерного луча и начинают делиться на все более мелкие капельки, размер которых достигает единиц нанометров. Металлические капли получаются очень однородные – одинакового размера, чего невозможно достичь в растворе. Далее нанокапли падают на поверхность носителя. Для промышленных реакций хорошо использовать оксид алюминия или углеродный материал Сибунит. Чтобы покрыть гранулы носителя со всех сторон, их встряхивают на держателе с помощью пьезокерамической пластинки. Так весь металл из мишени равномерным тонким слоем покрывает носитель, за что ученые и прозвали такие системы «корочковыми». Этим методом удается получать весьма эффективные катализаторы с очень низким содержанием благородных металлов (платины, палладия), что существенно снижает их стоимость по сравнению с теми, которые готовят традиционными методами «мокрой» химии (из водных растворов реагентов).

Схема получения металлсодержащих катализаторов на гранулированном носителе методом ЛЭД.

Схема получения металлсодержащих катализаторов на гранулированном носителе методом ЛЭД.

Российские ученые впервые попробовали приготовить с помощью лазерного электродиспергирования биметаллические катализаторы, для этого пришлось разработать новые способы. Для получения металлических капель лазером облучали мишень из сплава никеля и палладия или другие мишени, спрессованные из порошков палладия и вольфрама или палладия и молибдена. Оба варианта оказались удачными, ученые получили биметаллические катализаторы в обоих случаях.

«Когда нанесенные металлсодержащие катализаторы получают традиционными методами «мокрой» химии, часть металла может содержаться на поверхности каталитических частиц, а часть – в объеме и в порах носителя. При нанесении методом ЛЭД весь металл оказывается на внешней поверхности гранул носителя, он легко доступен для реагентов. Особенность наших ЛЭД-катализаторов в том, что мы наносим очень мало металла (10-2-10-3 масс. % и даже меньше). Исследованные нами системы показали активность не хуже, а во многих случаях даже лучше, чем традиционные катализаторы, содержащие от 0.5 до 5 масс.% благородных металлов. Следовательно, можно использовать в сто и даже в тысячу раз меньшие количества благородных металлов, но при этом не снизить, а сильно увеличить активность и стабильность их работы», - комментирует один из авторов работы, ведущий научный сотрудник кафедры физической химии МГУ, д.х.н. Екатерина Локтева.

Информация и фотографии предоставлены пресс-службой МГУ им. М.В. Ломоносова

 

СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "Downstream"