Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из других научных центров синтезировали новый катализатор для переработки углекислого газа и метана в синтез-газ, сообщает пресс-служба вуза. Отмечается, что вещество является ценным сырьем для химической промышленности. Комбинированный материал на основе никеля и карбида вольфрама продемонстрировал более высокую активность и устойчивость в реакции по сравнению с существующими аналогами.
Специалисты создали катализатор, который позволяет на протяжении длительного времени эксплуатации в процессе углекислотной конверсии метана поддерживать высокие показатели конверсии реагентов и выход продукта реакции. Углекислотная конверсия метана считается перспективным методом переработки парниковых газов в синтез-газ — сырье для производства метанола, диметилового эфира и 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», — рассказывает соавтор исследования, младший научный сотрудник лаборатории «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» Светлана Кузнецова.
В настоящее время самую высокую каталитическую активность показывают благородные металлы платиновой группы. Они значительно меньше подвержены коксованию, обеспечивая необходимую стабильность в условиях реакции. Однако их высокая стоимость и ограниченная доступность делают нецелесообразным применение таких материалов в крупномасштабном промышленном производстве. В связи с этим существует потребность в разработке альтернативных катализаторов.
«Мы синтезировали катализатор, который сочетает в себе высокоактивный и недорогой никель со стабильным соединением — карбидом 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 кобальтосодержащие катализаторы на оксидных носителях и индивидуальные карбиды вольфрама и молибдена», — отмечает Кузнецова.
Комплексная характеристика полученного материала была проведена с помощью рентгеновской дифракции, температурно-программируемого восстановления водородом и рамановской спектроскопии. Каталитические испытания при температуре 800 градусов Цельсия и атмосферном давлении показали, что содержание никеля на уровне 20 массовых процентов обеспечивает оптимальный баланс активности и стабильности.
«Впервые удалось достичь эффективного подавления коксования до примерно 1 % за 200 часов непрерывного процесса УКМ путем одновременной оптимизации состава катализатора и состава подаваемой газовой смеси», — уточнила томская ученая.
Дальнейшая работа научного коллектива будет направлена на оптимизацию катализатора. Цель — добиться, чтобы в синтез-газе соотношение водорода и монооксида углерода было примерно один к одному. Это позволит использовать получаемое сырье напрямую в синтезе диметилового эфира.
В исследовании принимали участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий и Инженерной школы энергетики Томского политехнического университета, Севастопольского государственного университета, а также Нового университета Лиссабона. Результаты работы опубликованы в авторитетном международном издании.
