Нанокатализаторы позволят синтезировать биотопливо непрерывно

Химик РУДН синтезировал новые катализаторы с наночастицами рутения (Ru) для производства биотоплива из органических отходов. Нанокатализаторы поддерживают более интенсивную и продолжительную реакцию, чем представленные на рынке соединения. Результаты исследования опубликованы в журнале ChemSusChem.

Приглашенный сотрудник РУДН Рафаэль Луке вместе с китайскими и испанскими коллегами работает над синтезом гамма-валеролактона (ГВЛ). Эту бесцветную жидкость с запахом свежескошенной травы получают из отходов пищевых производств или из растений, оставшихся на полях после уборки урожая. ГВЛ можно использовать как безопасный растворитель или добавку к бензину, а можно перегонять в углеводороды — «зеленое» топливо для двигателей внутреннего сгорания.

Промышленное использование ГВЛ тормозят две основные проблемы. Во-первых, его производство требует дорогостоящих катализаторов. Сейчас на рынке представлены вещества на основе благородных металлов, таких как рутений. Во-вторых, существующие катализаторы не подходят для поддержания длительной реакции.

Авторы работы предложили решения обеих проблем. Они синтезировали четыре новых катализатора на основе кристаллов диоксида титана: с 1, 2, 3 и 5 процентами наночастиц рутения (в существующих катализаторах содержится 5 и более процентов ценного металла). Затем в серии испытаний химики стали искать среди катализаторов не просто самый активный, но и самый стабильный, способный поддерживать реакцию длительное время.

Исследователи запускали гидрирование левулиновой кислоты или ее производного метил левулината (именно при этих двух реакциях синтезируется ГВЛ) в присутствии разных катализаторов, как новых на основе диоксида титана, так и известных ранее. Отдельно испытывали каталитическую активность чистого диоксида титана. Каждое вещество проверяли во всех возможных условиях. Ученые меняли температуру, количество катализатора, концентрацию исходного вещества в растворителе, скорость подачи потока в реактор.

Выяснилось, что чистый диоксид титана не имеет каталитической активности. Только в присутствии наночастиц рутения из исходных веществ образовывался ГВЛ. Все синтезированные учеными катализаторы на основе диоксида титана оказались активными, но наибольшую эффективность показал все же вариант с самым высоким — 5% — содержанием наночастиц рутения. В его присутствии реакция протекала в 98% исходного вещества, причем 97% шло на образование целевого продукта — ГВЛ.

20 сентября 2018
Источник: NNN