Ученые синтезировали новый катализатор для переработки парниковых газов в синтез-газ
Ученые Томского политеха (ТПУ) совместно с коллегами синтезировали новый катализатор для переработки углекислого газа и метана в синтез-газ — ценное сырье для химической промышленности. Комбинированный материал на основе никеля и карбида вольфрама показал более высокую активность и устойчивость в реакции по сравнению с существующими аналогами.
Полученный катализатор способен на протяжении длительного времени поддерживать высокие показатели конверсии реагентов и высокий выход продукта реакции эксплуатации в процессе углекислотной конверсии метана (УКМ). Этот процесс считается перспективным методом переработки парниковых газов в синтез-газ — сырье для получения метанола, диметилового эфира, жидких углеводородов.
«Технология углекислотной конверсии метана позволяет одновременно решать две задачи: получать ценное сырье и утилизировать углекислый газ и метан. В то же время главной проблемой развития и внедрения технологии УКМ является отсутствие эффективного и стабильного при высоких температурах реакции катализатора», — рассказала один из авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» ТПУ Светлана Кузнецова.
На сегодняшний день самую высокую каталитическую активность проявляют благородные металлы платиновой группы, они значительно меньше подвержены коксованию, что обеспечивает необходимую стабильность в условиях реакции. Однако, их высокая стоимость и ограниченная доступность делают нецелесообразным их применение в крупномасштабном промышленном производстве. Возникает потребность в разработке альтернативных материалов.
«Мы синтезировали катализатор, который сочетает в себе высокоактивный и недорогой никель со стабильным соединением карбида вольфрама. Синергетический эффект компонентов позволил получить материал с более высокой активностью и устойчивостью к окислению и образованию углеродистых отложений в процессе УКМ, чем традиционные никель- и кобальтсодержащие катализаторы на оксидных носителях, а также индивидуальные карбиды вольфрама и молибдена», — отметила Светлана Кузнецова.
Авторы провели комплексную характеристику полученного материала с помощью методов рентгеновской дифракции, температурно-программируемого восстановления водородом и рамановской спектроскопии. Каталитические испытания при 800 °C и атмосферном давлении показали, что содержание никеля на уровне 20 массовых процентов обеспечивает оптимальный баланс активности и стабильности.
По словам ученых, их дальнейшая работа будет направлена на оптимизацию полученного катализатора, чтобы добиться соотношения водорода и монооксида углерода в синтез-газе примерно один к одному. Это позволит использовать получаемое сырье напрямую в процессе синтеза диметилового эфира.
В исследовании приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий и Инженерной школы энергетики ТПУ, Севастопольского государственного университета и Нового университета Лиссабона (Португалия).
Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети».