Вести из лабораторий и экспедиций
Сверхэффективный катализатор на основе переработанных отходов
Современное производство топлив, полимеров, лекарств невозможно представить без катализаторов. Основу многих катализаторов составляют драгоценные металлы, из них наиболее востребованы платина, палладий, родий. Их наносят на специальный носитель, например на керамические соты или активированный уголь, для увеличения площади поверхности и повышения эффективности каталитического процесса.
Новые научные данные свидетельствуют о том, что подавляющее большинство драгоценного металла в составе таких катализаторов (до 98%) представляет собой бесполезную массу («мёртвый металл»), заключённую внутри микроскопических пор материала, не принимающую участия в каталитическом процессе. Решить проблему можно, используя в качестве носителей углеродные материалы без микропор, обладающие большой поверхностью и высокой адгезией по отношению к металлическим наночастицам и отдельным атомам металла. Однако подобные углеродные носители отличаются дороговизной и сложностью изготовления.
Сотрудники Сколтеха с коллегами из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, Южно-Российского государственного политехнического университета им. М. И. Платова, Института катализа СО РАН и МИСиС предложили в качестве недорогой углеродной основы для палладиевого катализатора композит, изготовленный из отходов переработки растительного сырья. Сырьём для такой основы служит гумин — побочный продукт переработки биомассы в фураны. Он в больших количествах образуется на химических заводах по производству фурфурола, древесного спирта и других веществ.
Разработанный композитный материал получают посредством карбонизации термически отверждённых гуминовых веществ и меламина. При этом образуется аморфный углеродный материал с высоким содержанием азота (N-допированный углеродный материал) и крайне малым количеством пор. Азот в углеродном материале стабилизирует наночастицы и атомы палладия, удерживает их на поверхности, предотвращая попадание в микропоры.