Наноалмазы могут стать лучшим катализатором
 Схематическое изображение наноалмаза. |
|
||||||||
Традиционный путь развития химической промышленности – это поиск более эффективных способов проведения химических реакций с целью ускорения производства и создание необходимых компонент с меньшим вредом для окружающей среды. Один из способов решить эту задачу – найти хороший катализатор для химической реакции.
Стирол – важнейшее сырье, используемое для производства полимеров, наиболее часто синтезируемые методом дегидратации этилбензола. Однако в процессе производства сырья образуется достаточно много побочных углеродосодержащих продуктов, которые осаждаются на применяемых железно-калиевых катализаторах, снижая эффективность их работы. Обычно для очищения катализаторов используется пар. Это дополнительный шаг обработки, т.е. дополнительные деньги, когда речь идет о стоимости производства.
Химики уже ни однажды предлагали альтернативные катализаторы, однако они обеспечивали либо недостаточное качество получаемого сырья, либо производили в качестве побочного продукта гремучие смеси, с которыми достаточно сложно обращаться на практике.
Теперь же группа ученых из Shenyang National Laboratory for Materials Sciences Китайской Академии Наук и из коллеги из Германии и Хорватии предложили альтернативное решение проблемы: вместо традиционных катализаторов исследователи предлагают использовать нанокристаллы алмаза.
Интерес к нанокристаллам алмаза держится на стабильно-высоком уровне последние 10 лет. На данный момент они используются в качестве полировочного материала, как добавка при производстве полимеров, и даже смазки при некоторых условиях. Синтетические нанокристаллы алмаза имеют размеры от 4 до 8 мм, при этом они имеют достаточно больше значение отношения площади поверхности к объему. Это означает, что нанокристаллы алмаза являются более активными в химических реакциях, чем другие углеродные структуры, например, нанотрубки, нанокристаллы графита и даже активированный уголь. Кроме того, они достаточно просты в производстве. К примеру, нанокристаллы, которые использовались учеными в эксперименте, на самом деле производятся в коммерческих целях.
В своих экспериментах ученые оценили активность нанокристаллов алмаза при температуре 550 градусов по шкале Цельсия при атмосферном давлении. Они обнаружили, что такой тип катализатора воздействует на реакцию по производству стирола в 2.8 раз более ярко, чем используемые на сегодняшний день в промышленности железно-калиевые катализаторы. Более того, снижающаяся по итогам реакции активность может быть восстановлена простым обдувом воздухом с температурой 400 градусов по Цельсию. В рамках эксперимента катализатор не потерял своих первоначальных свойств даже после 5 циклов реакций, суммарная длительность которых была около 120 часов.
Согласно работе, опубликованной учеными в журнале Angew. Chem. Int. Ed., столь высокая активность наноалмазов проявляется за счет их гибридной структуры электронных облаков. Правда, пока ученые еще не провели оценку экономической выгоды данной методики.
Также по теме:
- Хиральный и экологически чистый катализатор на основе солей аммония
- Новый катализатор может позволить обойти использование дорогой платины в технологии контроля над выхлопными газами
Источники: