Российские ученые разработали новый композитный катализатор на основе оксидов железа, меди и алюминия и определили его активность. Разработанный катализатор будет использоваться для сжигания продуктов газификации различных видов топлива в кипящем слое. Эта технология позволяет более эффективно использовать традиционные виды горючего (уголь, торф) и утилизировать различные виды промышленных отходов: осадки сточных вод, загрязненные твердыми примесями нефтепродукты и отходы пищевых производств.

Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья с результатами работы опубликована в журнале Catalysis Letters.

Растущее энергопотребление современного общества требует разработки новых, экономически эффективных и экологически приемлемых технологий использования углеводородного и растительного сырья, а также нетрадиционных видов топлива. Одна из перспективных технологий – сжигание в кипящем слое катализатора – вещества, ускоряющего химическую реакцию.

Кипящим слоем называют состояние сыпучего вещества при пропускании через него потока жидкости или газа под давлением.

При этом применяемые сегодня реагенты для полного окисления продуктов газификации топлива (то есть высокотемпературной переработки твердого вещества в газообразное) позволяют значительно уменьшить количество выбросов токсичных соединений, образующихся в процессе горения.

Сжигание твердого топлива протекает в две стадии. Сначала выделяются летучие вещества, они окисляются на катализаторе до углекислого газа и воды. Затем остаток горения газифицируется с выделением угарного газа СО, потом он окисляется на поверхности катализатора. Именно вторая стадия определяет скорость всего процесса, поэтому очень важно сделать ее более быстрой.

Российские ученые создали две серии железо-алюминиевых и медь-железо-алюминиевых нанокомпозитных катализаторов с различным соотношением оксидов железа, меди и алюминия. Затем они исследовали все образцы с помощью большого набора физико-химических методов и определили их качественные и количественные различия. После ученые протестировали разработанные вещества в реальном технологическом процессе. Они определили величину энергии, необходимой для начала процесса окисления с катализаторами. Сравнив полученные результаты с литературными данными, ученые пришли к выводу, что разработанные ими вещества обладают низкой энергией активации (той, что требуется для прохождения реакции) и, соответственно, перспективны для каталитического окисления угарного газа.

«В своей работе мы описали способ приготовления недорогих нанокомпозитных катализаторов на основе оксидов алюминия и железа, которые демонстрируют умеренную активность в окислении угарного газа, — комментирует один из авторов работы, сотрудник Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН Андрей Сараев. — Мы также показали, что добавление небольшого количества оксида меди позволяет значительно повысить их каталитическую активность. В дальнейшем мы планируем разобраться в причинах этого явления, а также определить механизм реакции окисления CO на созданных катализаторах».

Исследование выполнено совместно с учеными Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН, НИЦ «Курчатовский институт» и Новосибирского государственного университета.