Создан новый цинковый катализатор для утилизации углекислого газа
Российские ученые исследовали роль цинка в составе катализаторов для утилизации углекислого газа. Присутствие этого металла привело к повышению активности катализаторов на 60-80% и образованию углеводородов в процессе переработки углекислого газа. Статья опубликована в журнале Molecules.
С каждым годом вопрос сокращения выбросов парниковых газов становится все острее. В связи с этим большой интерес представляет химическая конверсия углекислоты в продукты, которые могут быть повторно использованы в различных областях химической промышленности. Молекула углекислого газа (СО2) крайне стабильна, поэтому для проведения химических реакций с ней необходимы катализаторы и высокоэнергетические реагенты, такие как водород. Технология гидрирования углекислого газа на гетерогенных катализаторах представляет собой простой и удобный способ получения синтез-газа, различных углеводородов, метанола и других спиртов, а также и некоторых других кислородосодержащих органических веществ.
Ученые НИТУ «МИСиС», Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН и МГУ имени М. В. Ломоносова исследовали роль цинка в составе железосодержащих катализаторов гидрирования углекислого газа. Они выяснили, что этот металл значительно улучшает свойства катализаторов и способствует более эффективному проведению процесса переработки СО2.
«В работе мы показали, что повышение каталитической активности может быть достигнуто за счет одновременного введения железа и цинка за один этап в процессе синтеза катализатора. Зависимость активности катализатора от соотношения железо/цинк носит экстремальный характер. Образцы с примерно равным соотношением железа и цинка проявляют наибольшую активность, — рассказывает соавтор исследования Николай Евдокименко. — Наличие цинка в составе катализатора меняет схему восстановления железа и способствует более легкому образованию металлического железа, необходимого для образования активных центров, ответственных за рост углеводородной цепи. Кроме того, наличие цинка в составе катализатора приводит к изменению электронных свойств железа. Это свидетельствует о том, что цинк позволяет контролировать не только структурные, но и электронные свойства этих катализаторов».
Добавление цинка приводит к образованию смешанной фазы с формулой ZnFe2O4, которая обеспечивает восстановление железа при более низких температурах, а наличие подвижного кислорода в структуре оксидов цинка приводит к появлению дополнительных центров адсорбции и активации молекулы СО2.
В конечном итоге цинк позволяет повысить активность и селективность образования полезных углеводородов в процессе гидрирования углекислого газа. В настоящее время ученые продолжают серию лабораторных исследований, чтобы оптимизировать технологию для промышленного применения.