Ученые нашли способ сделать процесс получения этиленоксида — одного из важнейших химических веществ в промышленности — более экологичным. Вместо используемого в настоящее время хлора в качестве добавки к катализатору исследователи предлагают использовать серебряный катализатор с добавлением никеля. Использование такого катализатора не только повышает безопасность производства за счет избавления от токсичного хлора, но и позволяет снизить выбросы CO2 и сделать производство более экономически выгодным. Исследование опубликовано в журнале Science.
Этиленоксид — один из крупнейших по объему органических полупродуктов мировой химической промышленности. Это универсальное химическое вещество, которое используется для изготовления многих повседневных продуктов — от пластмасс и текстиля до антифризов и дезинфицирующих средств. В промышленности этиленоксид получают окислением этилена в присутствии серебряного катализатора. Помимо этого, к катализатору добавляют промотор — вещество, которое увеличивает активность, избирательность или стабильность катализатора. На протяжении последних 80 лет основным промотором для получения этиленоксида был токсичный хлор.
Группа американских ученых обнаружила, что добавление небольшого количества атомов никеля к серебряным катализаторам может поддерживать эффективность производства, устраняя необходимость в добавлении хлора. В основе новой разработки лежит теория об одноатомном сплаве — катализаторе, в котором отдельные атомы редких и дорогих металлов распределены по инертной металлической основе.
Исследователи сперва провели расчеты, чтобы выявить перспективные сочетания металлов. Затем на основе расчетов химики разработали состав серебряного катализатора с добавлением никеля и методику введения атомов никеля в серебряный катализатор. На разработку этого открытия ушло шесть лет.
«Мы были удивлены тому, что не смогли найти в научной литературе или патентах ничего о применении никеля, несмотря на то, что это распространенный и недорогой элемент, используемый во многих других каталитических процессах», — отмечает Чарльз Сайкс, профессор университета Тафтса (США).
Исследования серебряного катализатора с добавлением атомов никеля показали, что добавление никеля в атомном соотношении 1:200 увеличивает селективность катализатора примерно на 25% без необходимости использования хлора.
В современном промышленном процессе окиси этиленоксида образуется две молекулы CO2 на молекулу этиленоксида. Добавление хлора снижает выбросы CO2 примерно в четыре раза. Новый катализатор, обогащенный никелем, потенциально может еще больше снизить эти выбросы, одновременно устраняя необходимость в использовании токсичного хлора в технологическом процессе.
Команда подала международные патенты на свое открытие и ведет переговоры с крупным коммерческим производителем о внедрении технологии на существующих производственных мощностях. В случае успеха этот метод производства может снизить значительное воздействие производства этиленоксида на окружающую среду при сохранении эффективности, необходимой для промышленного производства.
Автор: Елизавета Логутенкова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
