Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с зарубежными коллегами выяснили, как повысить эффективность использования наноразмерных золотых катализаторов при производстве ценных продуктов для фармацевтической, химической и агрохимической промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале ChemCatChem.
«Жидкие спирты образуются в больших количествах при переработке биомассы. Сейчас это очень большая отрасль экономики и в России, и в зарубежных странах, так как селективное окисление этих соединений может позволить использовать их в качестве нового ресурса для производства соответствующих альдегидов, кетонов, эфиров и жирных кислот, которые являются ценными промежуточными продуктами для фармацевтической, косметической и агрохимической промышленности, производства биотоплива. Н-октанол для исследования был выбран, во-первых, потому, что это очень трудноокисляемый спирт, который используется для модельной реакции жидкофазного окисления, а во-вторых, он в больших количествах получается, например, при переработке кожуры цитрусовых. Это очень актуально для наших коллег из Латинской Америки», — говорит один из авторов статьи, профессор исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Алексей Пестряков.
Драгоценные металлы катализатора. Сколько их и как можно отделить?
По словам ученых, существуют альтернативные способы работы с отходами без использования катализаторов, однако они предполагают применение серной кислоты, соединений шестивалентного хрома и так далее. То есть условия, далекие от требований «зеленой химии» — одного из приоритетных направлений развития химической технологии.
«Оценка каталитических свойств в рамках нашего исследования проводилась в условиях, близких к требованиям «зеленой химии»: при низкой температуре и атмосферном давлении, без использования оснований и стехиометрических окислителей, приводящих к образованию большого количества токсичных отходов», — рассказывает ученый.
Добавим, уникальность наноразмерных золотосодержащих катализаторов в том, что они суперактивные. И способны ускорять химические процессы при низких температурах, например, меньше 150 градусов Цельсия. Однако для наиболее эффективного использования катализаторов ученым необходимо было выявить природу активного центра данных систем — одного из ключевых аспектов гетерогенного катализа. Точное знание природы активных центров, по словам ученых, позволяет проводить направленный синтез высокоэффективных катализаторов с заданными свойствами.
«В катализе для того, чтобы молекула исходного вещества превратилась в продукт, она должна адсорбироваться, «сесть» на катализатор и претерпеть там определенные химические превращения. При этом «садится» она не на любую точку катализатора, так как у него сложная структура — наночастицы золота, нанесенные, в нашем случае, на оксид титана, модифицированный оксидами церия и лантана. И если мы будем знать, что является активным центром, мы сможем подобрать состав и условия, чтобы добиться максимальной доли активных состояний и наиболее эффективно использовать катализатор», — поясняет Алексей Пестряков.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ЦЕНА НА СТАРЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
Ученые провели ряд каталитических экспериментов и спектральных исследований. Также были изучены физико-химические и структурные свойства катализаторов, выявлены все возможные закономерности. На основе этих данные ученые выявили активные центры.
«Золото на поверхности катализатора имеет три состояния: металл — незаряженное состояние, однозарядные ионы и трехзарядные ионы. По итогам исследования были выявлены закономерности, что наиболее активны те системы, где максимальная доля однозарядных ионов золота. Именно их мы и рассматривали как активные центры. Кроме того, важную роль играют и носитель с добавками.
Этому была посвящена отдельная область исследования. В качестве добавок мы использовали оксиды церия и лантана. Более эффективным себя показал лантан», — подытожил автор статьи.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Источник: indicator.ru
Доступные катализаторы на основе золота
Сегодня ускорение химических реакций с помощью катализа на золоте является отдельным направлением современной химии. Золото подходит для этого идеально, но оно очень дорого обходится производителям. Уникальность разработки российских химиков состоит в том, что для процесса катализа золота нужно совсем немного. Однако это не влияет на активность каталитической системы и не снижает ее качества.
Протекание процессов в золотых катализаторах происходит с использованием атмосферного воздуха в роли окислителя, в качестве единственного побочного продукта образуется вода. В основе каталитической системы, созданной коллективом Лаборатории разработки и исследования полифункциональных катализаторов ИОХ РАН, лежат наночастицы оксидов железа и меди, допированные золотом в ультранизких концентрациях, и нанесенные на TiO2 и CeO2. Высокая окислительная активность полученных систем обусловлена синергетическим эффектом взаимодействия между золотом и оксидом неблагородного металла. Активность и селективность этого катализатора сопоставимы с характеристиками каталитических систем на основе благородных металлов и ничем не уступают им.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Catalysis Science https://scientificrussia.ru/articles/dostupnye-katalizatory-na-osnove-zolota» target=»_blank»]scientificrussia.ru[/mask_link]
Новости химической науки > золото — экологически чистый катализатор
В скором будущем наночастицы золота помогут избежать появления вредных побочных продуктов в ходе химических процессов, используемых каждый день для производства тонн медицинских препаратов, детергентов и различных пищевых добавок
Окисление — процесс присоединения атомов кислорода к органическим соединениям. Самая большая проблема, с которой сталкиваются технологи при проведении реакций окисления на химических производствах — выбор соединения-окислителя. Теоретически, в качестве окислителя можно использовать кислород воздуха, однако, активирование молекулы кислорода, а именно, разрыв внутримолекулярной связи — процесс очень сложный и трудоемкий. Поэтому подавляющее большинство реакций окисления проводят используя в качестве окислителей другие химические соединения, например, перуксусную кислоту, которые могут давать наряду с целевым продуктом и токсичные побочные вещества.
.jpg)
наночастицы золота могут активировать молекулы кислорода
Научная группа Грэхэма Хатчингса (Университет Кардифа, Великобритания) разработала метод, сильно упрощающий процесс окисления с использованием кислорода воздуха. Ученые обнаружили, что наночастицы золота могут активировать разрыв молекул кислорода при достаточно низких температурах, составляющих от 60°С до 80°С и давлении в несколько атмосфер.
Кластеры золота, включающие в себя несколько сотен атомов (что составляет порядка 25 нанометров в диаметре), в отличие от металлического золота, обладают высокой каталитической способностью и являются хорошим катализатором получения эпоксидных соединений «чистым» способом — без применения жестких окислителей. В настоящее время метод, разработанный учеными университета Кардифа, является наиболее экологически чистым и наименее энергоемким.
Комментарии к статье:
Вы читаете текст статьи «золото — экологически чистый катализатор»
Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru
Источник: www.chemport.ru