Изобутилен — один из самых востребованных продуктов для химической промышленности. На его основе производят растворители, аэрозоли, хладагенты, полимеры и другие ценные компоненты, повышают качество топлив.
Объем мирового рынка изобутилена и его производных растет, но, несмотря на мировой рост, в России наблюдается обратная ситуация — из-за ковидных трудностей и последующих санкций объем производства снизился с 2019 года на 30 %. Особенно сильно это сказалось на бутилкаучуке — ключевом компоненте для автомобильной промышленности. В связи с этим отечественные технологии получения изобутилена критически важны. Сейчас в производстве изобутилена методом дегидрирования изобутана используют два типа катализатора — на основе платины и хрома, и у обоих есть заметные недостатки.
«Платиновые катализаторы обладают достаточно высокой стоимостью, тогда как хромсодержащие катализаторы высокотоксичны. Поэтому исследователи прикладывают значительные усилия по поиску новых эффективных и, в то же время, недорогих и экологически безопасных катализаторов дегидрирования», — рассказал младший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН Александр Александрович Нашивочников.
Нужными качествами, как выяснилось, обладает оксид циркония. Долгие годы его исследовали в дегидрировании, но как носитель катализатора. Однако совсем недавно ученые обнаружили, что он проявляет собственную высокую активность, не уступая промышленным катализаторам, и при этом доступен и не токсичен. Оксид циркония интересен тем, что работает сам по себе — ему не нужен носитель. Он активен за счет кислородных вакансий — чем больше активных центров дегидрирования, тем больше эффект. Ученые с помощью лазера синтезировали в восстановительной атмосфере системы с увеличенным числом кислородных вакансий, запустили реакцию дегидрирования изобутана и получили один из самых высоких описанных в литературе результатов — 45 % выхода изобутилена.
«Лазером катализатор пока еще никто не синтезировал. Мы занимаемся дизайном наноматериалов и собираем и разбираем наши системы, как кубики. Мы решили попробовать испарить материал в восстановительной атмосфере и создать как можно больше нужных нам кислородных вакансий. Это дало результат: очень большой рост активности катализатора, полученного в атмосфере гелия и водорода», — отметил Александр Нашивочников.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ и Правительства Новосибирской области (№ 24-23-20066).
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.
