Твердокислотные нано-губки превращают CO2 в топливо

Твердые кислоты являются одними из наиболее важных гетерогенных катализаторов, которые могут заменить экологически вредные жидкие кислоты в некоторых из наиболее важных процессов, таких как крекинг углеводородов, алкилирование, а также разложение пластиковых отходов и преобразование диоксида углерода в топливо.

Две наиболее известные твердые кислоты — это кристаллические цеолиты и аморфные алюмосиликаты. Хотя цеолиты являются сильно кислыми, они ограничены присущей им микропористостью, вызывающей крайнее ограничение диффузии, тогда как алюмосиликаты, хотя и мезопористые, страдают от низкой кислотности и умеренной стабильности. Таким образом, создание и синтез твердых кислот как с сильной кислотностью, таких как цеолиты, так и с текстурными свойствами, такими как алюмосиликаты, представляют собой синтетическую задачу, предполагаемую как «аморфные цеолиты», которые в идеале являются сильнокислотными аморфными алюмосиликатами.

С другой стороны, основной причиной изменения климата является двуокись углерода в атмосфере, уровень которой повышается с каждым днем. Эффект глобального потепления с точки зрения резких изменений погодных условий уже ясно виден и вызывает тревогу. Следовательно, существует большая потребность в поиске способов снижения уровня углекислого газа путем его связывания или преобразования в топливо. С другой стороны, чрезмерное количество пластиковых отходов стало серьезной экологической проблемой. В большинстве стран ежедневно образуются тысячи тонн пластиковых отходов.

В этой работе исследователи решили обе эти проблемы одним махом, разработав твердые нанокислоты, которые превращают углекислый газ непосредственно в топливо (диметиловый эфир), а пластиковые отходы — в химические вещества (углеводороды).

Используя технику бинепрерывных капель микроэмульсии в качестве мягкого шаблона, группа профессора Вивека Полшеттивара из Института фундаментальных исследований Тата (TIFR), Мумбаи, синтезировала кислый аморфный алюмосиликат (AAС), известный как «аморфные цеолиты», с наночастицами. Присутствие цеолитоподобного мостикового силанола в ААС было доказано различными каталитическими реакциями (раскрытие цикла оксида стирола, синтез везидрила, алкилирование Фриделя-Крафтса, синтез жасминальдегида, изомеризация м-ксилола и крекинг кумола), которые требуют сильных кислотных центров и более размеры пор.

Синергия между высокой кислотностью и доступностью отражается в том факте, что ААС показали лучшие характеристики, чем современные цеолиты и аморфные алюмосиликаты. Это также было подтверждено подробными исследованиями твердотельного ЯМР. Таким образом, было ясно, что материал обладает сильнокислотными цеолитоподобными мостиковыми силанольными центрами, хотя материалы не являются кристаллическими, а являются аморфными. Таким образом, они попадают в новый класс материалов на границе раздела кристаллического цеолита и аморфного алюмосиликата.

Таким образом, этот подход может позволить разработать твердый кислотный катализ для разложения пластмасс, а также диоксид углерода в качестве топлива со значительными скоростями, масштабами и стабильностью, необходимыми для того, чтобы сделать процесс экономически конкурентоспособным. Протокол имеет научные и технологические преимущества благодаря своей высокой активности и стабильности.

Источник

Метки: катализатор