Сотрудники ФИЦ «Институт катализа им Г. К. Борескова СО РАН» при поддержке Российского научного фонда (РНФ) создали катализаторы для производства изобутилена. Ученым удалось решить проблемы дороговизны и токсичности, которые есть в существующих системах. Доля выхода изобутилена составила рекордные 45%, что актуально в условиях снижения производства изобутилена в стране, сообщается в пресс-релизе ИК СО РАН.
Изобутилен широко используется в производстве растворителей, аэрозолей, хладагентов, для повышения качества топлива, а также в производстве полимеров. Объем мирового рынка изобутилена в 2023 году оценивался в 28,6 млрд долл., а к 2030-му прогнозируется достижение 38,9 млрд долл. со среднегодовым темпом роста 4,5%.
В России из-за ковидных трудностей и последующих санкций объем производства снизился с 2019 года на 30%. Особенно сильно это сказалось на бутилкаучуке — ключевом компоненте для автомобильной промышленности. В связи с этим отечественные технологии получения изобутилена критически важны.
Влияние окислительно-восстановительных свойств среды при синтезе на структурные и каталитические свойства ZrO2 в реакции дегидрирования изобутанаИзображение: Elsevier
Оксид циркония — доступный и нетоксичный
Сейчас в производстве изобутилена методом дегидрирования изобутана используют два типа катализатора — на основе платины и хрома, у которых есть заметные недостатки.
«Платиновые катализаторы обладают достаточно высокой стоимостью, тогда как хромсодержащие катализаторы высокотоксичны. Поэтому исследователи прикладывают значительные усилия в поиске новых эффективных и в то же время недорогих и экологически безопасных катализаторов дегидрирования», — рассказывает младший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН Александр Нашивочников.
По словам ученого, «на сцену выходит» оксид циркония. Долгие годы его исследовали в дегидрировании, но в качестве носителя катализатора. И совсем недавно было обнаружено, что он проявляет собственную высокую активность, не уступая промышленным катализаторам, но при этом доступен и нетоксичен.
Оксид циркония интересен тем, что работает сам по себе — ему не нужен носитель. Он активен за счет кислородных вакансий: чем больше активных центров дегидрирования, тем он эффективнее работает. Исследователи с помощью лазера синтезировали в восстановительной атмосфере системы с увеличенным числом кислородных вакансий, запустили реакцию дегидрирования изобутана и получили один из самых высоких описанных в литературе результатов — 45% выхода изобутилена.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 24-23-20066) и правительства Новосибирской области.