Ученые Тверского государственного технического университета (ТвГТУ) создали катализаторы с регулируемой пористостью и металлами, которые эффективнее перерабатывают биомассу, пластик и спирты, повышая выход продукта и снижая отходы. Исследование поможет развивать технологии переработки сырья и отходов в топливо и химикаты.
Отмечается, что традиционные цеолитные катализаторы из-за мелких пор плохо пропускают крупные молекулы и быстро покрываются нагаром.
«Создание иерархической пористости и введение металлических компонентов позволяют управлять переносом веществ внутри катализатора, его кислотными свойствами и процессами коксообразования. Это открывает дополнительные возможности для переработки возобновляемого сырья и полимерных отходов в востребованные химические продукты и топливные компоненты», — отметили авторы исследования.
Ученые ТвГТУ изучили иерархические цеолиты — материалы с порами разного размера: они лучше пропускают молекулы и помогают эффективнее перерабатывать биомассу и полимерные отходы. С их помощью удается получать больше полезных веществ, например, ароматических углеводородов, и реже менять катализатор из-за нагара. При этом важно не делать слишком много пор — нужно подобрать их оптимальное количество, чтобы катализатор оставался прочным и хорошо работал.
Добавление железа, никеля, галлия, меди, цинка, магния и других металлов в цеолитные катализаторы делает их активнее, помогает получать больше нужных веществ и меньше нагара, а значит — дольше использовать материал. Такие катализаторы эффективно перерабатывают пластик и спирты: например, позволяют получать до 92% ценных продуктов из полипропилена и снизить температуру переработки полиэтилена с 410 до 365 градусов Цельсия.
Цеолитные материалы помогают получать компоненты моторного топлива из биомассы, отходов и спиртов. Ученые считают, что лучший результат дает сочетание особой пористой структуры и добавок металлов — так можно подстраивать катализаторы под разные задачи.
«Одним из ключевых выводов работы стало то, что универсального способа создания оптимального катализатора не существует. Необходимо одновременно учитывать размер и взаимосвязь пор, кислотность поверхности, размер кристаллов и природу металлической добавки. Именно сочетание этих параметров определяет эффективность переработки конкретного вида сырья», — подчеркнули ученые ТвГТУ.
