Нейтроны оптимизировали катализаторы для синтеза биотоплива
Исследователи из Манчестерского университета разработали катализатор, эффективно превращающий биомассу в топливные ресурсы. Он предлагает новые возможности для производства улучшенных возобновляемых материалов.
Опыты с рассеянием нейтронов в Оук-Риджской национальной лаборатории (ОРНЛ) сыграли ключевую роль в определении химической и поведенческой динамики цеолитного катализатора, сообщает phys.org. Эксперименты предоставили информацию для максимального повышения его производительности. Выводы исследования опубликованы в Nature Materials.
Цеолит – распространенный пористый материал, используемый для коммерческого катализа. Оптимизированный продукт, названный NbAlS-1, превращает биомассу в низшие олефины – класс нефтепродуктов, вроде этена, пропена или бутена, используемый для производства пластика и жидкого топлива. Эффективность катализатора превышает 99%. При этом ему требуется меньше энергии, чем предшественникам.
«Промышленность сильно зависит от низших олефинов, получаемых из сырой нефти. Но их производство вредит окружающей среде, — сказал Лонгфей Лин, ведущий автор. – Прошлые катализаторы для синтеза бутена из очищенных, насыщенных кислородом веществ требовали большого количества энергии или высоких температур. Новый продукт напрямую превращает сырье, используя сравнительно мягкие условия. Он предлагает более энергоэффективный и экологически дружественный подход».
Для переработки биомассы требуется разрывать прочные связи элементов, вроде углерода, кислорода и водорода. В некоторых случаях материал приходится нагревать до 1000°С и больше.
Стремясь к более «зеленому» дизайну, команда заменила в цеолите атомы кремния ниобием и алюминием. Они создали химически неуравновешенное состояние, способствующее разрыву связей и значительно снижающее количество энергии, необходимого для нагрева.
«Реакции на поверхности катализатора могут быть очень сложными. Если вы не управляете факторами, вроде давления, температуры и концентрации, то получите мало бутена, — сказал Юнцян Чэн из ОРНЛ. – Для повышения производительности нужно оптимизировать процесс, предварительно поняв, как он работает».
Оборудование ОРНЛ позволило определить типы и поведение связей. Команда воссоздала химическую последовательность, необходимую для оптимизации катализатора. Его атомную структуру позволил определить британский Diamond Light Source.
