Ученые создали топливо из угарного газа с помощью активированного угля

Российские химики создали катализаторы на основе активированного угля для получения высших спиртов из синтез-газа. Исследователи описали, как микроструктура угля влияет на эффективность и другие параметры катализа. Результаты опубликованы в журнале ACS Omega.

Смесь монооксида углерода (угарного газа) и водорода в химии называют синтез-газ. Это продукт первой стадии превращения биомассы и природного газа в нужные продукты. Именно из синтез-газа получаются жидкие топлива, в том числе высшие спирты — спирты с более чем двумя атомами углерода. Однако для его производства необходимы катализаторы. Перспективный подход — использовать активированный уголь. Этот пористый материал может стать основой, которая, как губка, впитает нужные вещества и увеличит эффективность реакции. Российские химики создали несколько новых катализаторов на основе активированного угля и вспомогательных элементов.

«Получение высших спиртов из синтез-газа — экономически привлекательный метод производства химикатов и топлива. У катализаторов, нанесенных на углеродные материалы, активность выше, чем у катализаторов на основе, например, оксидов металлов. В химической промышленности активированный уголь широко используется как носитель катализатора благодаря его специфическим свойствам — высокой стабильности при высоких давлениях и температурах, большой площади поверхности и пористости, устойчивости к кислотным и щелочным условиям, минимальным взаимодействием с активным веществом», — рассказала Татьяна Шешко, кандидат химических наук, доцент лаборатории адсорбции и катализа РУДН.

Химики использовали несколько видов активированного угля — в виде порошка и волокон. На их основе исследователи создали катализаторы с калием, кобальтом и молибденом. Чтобы пропитать угольную основу нужными элементами, химики использовали ацетат кобальта, гидроксид калия и парамолибдат аммония. После этого будущий катализатор высушивали в течение 7 часов при температуре 80–100 °C. Всего получилось четыре вида катализаторов на основе четырех видов угля.

Затем новые соединения опробовали для катализа в реакции получения спиртов из синтез-газа. Для каждого вида катализатора эксперимент длился 16 часов. Температуру в реакторе поднимали на 20 °C каждые 4 часа. С той же периодичностью проверяли состав получившихся продуктов.

Все катализаторы показали разные результаты, что объясняется разной микроструктурой — размером и количеством пор, площадью поверхности и так далее. Наиболее эффективным катализатором оказалось соединение, полученное на основе волокнистого активированного угля — при температуре 360 °C почти 50% исходного угарного газа превратилось в целевой продукт. Катализаторы на основе порошкового угля показали более высокую селективность — способность избирательно ускорять получение того или иного продукта. Химики также обнаружили необычную закономерность — вещества с более крупными порами не оказались более активными, а наоборот.

«Мы изучили порошковый и волокнистый уголь с различными текстурными характеристиками в роли носителей катализатора для получения спиртов из синтез-газа. Обнаружена необычна корреляция между пористостью и каталитической активностью. Микропористый порошковый комплекс оказался более активен, чем комплекс с более крупными порами», — прокомментировал Мохамед Осман, аспирант РУДН.