ایجاد کاتالیست های کم هزینه برای استفاده در صنعت - دنیای با نشاط مدرسه

به گزارش گروه دانشگاه خبرنگاران، دانشمندان دانشگاه علم و فناوری میسیس (NUST MISIS) در روسیه کاتالیزور نوی برای پردازش کارآمد CO 2 ایجاد کردند. این کاتالیست ها می توانند با هزینه کم تولید شده و در صنعت مورد استفاده قرار گیرند.

تیم تحقیقاتی NUST MISIS یک کاتالیزور نو مبتنی بر نیترید بور و نانوذرات آهن و پلاتین ارائه کرده است که درجه بالایی از تبدیل دی اکسید کربن (CO 2) را نشان می دهد. این کاتالیست کارایی 25٪ در دمای 350 درجه سانتیگراد دارد، که 10-15 برابر بیشتر از یک کاتالیست معمولی است.

این کاتالیزور مبتنی بر اکسید های آهن را می توان به طور گسترده در صنایع متالورژی، شیمیایی و پالایش نفت استفاده کرد. نتایج این تحقیق در مجله Catalysis منتشر شده است.

افزایش غلظت گاز های گلخانه ای یکی از دلایل اصلی افزایش میانگین دمای سالانه و یک مشکل جهانی است. کاهش سطح انتشار CO 2 یکی از ضروری ترین وظایف درازمدت بشر و چالشی جدی برای جامعه علمی است.

امروزه دو روش اصلی تولید کاتالیزور ها برای پردازش دی اکسید کربن وجود دارد: استفاده از فلزات نجیب که بسیار موثر بوده، اما گران قیمت هستند. روش دوم بدون این فلزات نجیب که محصول ارزان تر، اما با ویژگی های قابل توجه کاهش یافته به دست می آیند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه علم و فناوری میسیس یک راهکار بینابینی را پیشنهاد کرده است که در آن از آهن ارزان به عنوان یک جز کاتالیزور استفاده می شود، این کار موجب کاهش محتوای فلزات نجیب (در این مورد پلاتین) به کمتر از 1 درصد اتمی می رسد.

اما حتی هنگام اجرای این راهکار پیشنهادی، یک مشکل وجود دارد. نانوذرات دو فلزی آهن-پلاتین تمایل دارند در دما های بالا متجمع شوند. در این حالت سطح ویژه ذرات کاهش می یابد که بر خواص کاتالیزوری تأثیر منفی می گذارد.

آنتون کونوپاتسکی، یکی از نویسندگان این کار، محقق در نانومواد معدنی دانشگاه علم و فناوری میسیس، می گوید: این اولین بار است که از نیترید بور به عنوان حامل برای نانوذرات آهن پلاتین فعال کاتالیزوری استفاده می کنیم. یکی از ویژگی های مواد ناهمگن به دست آمده این است که پس از سنتز اندازه ذرات آهن پلاتین تنها 2 نانومتر است. با توجه به اندازه کوچک آنها، این ذرات به طور یکنواخت بر روی سطح نیترید بور توزیع می شوند، اما جالب تر اینکه در طول فرآیند کاتالیزوری، اندازه ذرات آهن-پلاتین به اندازه ناچیزی افزایش می یابد (به طور میانه تا 8 نانومتر)؛ که این یکی از دلایلی است که مواد خواص کاتالیزوری بالایی نشان می دهند.

در این مقاله، محققان ساز و کار منحصربه فردی از تثبیت نانوذرات آهن-پلاتین را نشان داده است. ورقه های نازکی از نیترید بور در دما های بالا به دور ذرات پیچیده شده است. در نتیجه، ذرات ناهمگن با ساختار هسته-پوسته تشکیل شد و به طور قابل توجهی مانع تجمع آن ها شد.

آنتون کونوپاتسکی می افزاید: ما از روش نسبتا ساده ای برای سنتز کاتالیزور های خود استفاده کردیم. یکی از مهمترین مراحل توزیع یکنواخت مواد اولیه در محیط سنتز بود. تکامل ساختار مواد سنتز شده در دمای 500 درجه سانتیگراد مشاهده شد. میکروسکوپ الکترونی به ما اجازه می دهد تا ببینیم در طول کاتالیز چه اتفاقی برای مواد می افتد.

مواد به دست آمده را می توان در هر شرکتی با انتشار گسترده CO 2 استفاده کرد. پالایشگاه های نفت، کارخانه های شیمیایی و متالورژی، صنعت سلولز و ... مشتریان این محصول هستند.

محصول اصلی واکنش فرآوری CO 2 با استفاده از کاتالیزور به دست آمده، CO (مونوکسید کربن) است که می توان از آن در فرآیند های صنعتی استفاده مجدد کرد. با این حال، به گفته توسعه دهندگان، از نقطه نظر اقتصادی، تولید هیدروکربن های پیچیده با ارزش افزوده بالا از CO مورد توجه بیشتری است. این هدف بعدی تحقیقات این تیم خواهد بود.