ایجاد کاتالیست‌های کم‌هزینه برای استفاده در صنعت

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، دانشمندان دانشگاه علم و فناوری میسیس (NUST MISIS) در روسیه کاتالیزور جدیدی برای پردازش کارآمد CO ۲ ایجاد کردند. این کاتالیست‌ها می‌توانند با هزینه کم تولید شده و در صنعت مورد استفاده قرار گیرند.

تیم تحقیقاتی NUST MISIS یک کاتالیزور جدید مبتنی بر نیترید بور و نانوذرات آهن و پلاتین ارائه کرده است که درجه بالایی از تبدیل دی‌اکسید‌کربن (CO ۲) را نشان می‌دهد. این کاتالیست کارایی ۲۵٪ در دمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد دارد، که ۱۰-۱۵ برابر بیشتر از یک کاتالیست معمولی است.

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

افزایش غلظت گاز‌های گلخانه‌ای یکی از دلایل اصلی افزایش میانگین دمای سالانه و یک مشکل جهانی است. کاهش سطح انتشار CO ۲ یکی از ضروری‌ترین وظایف درازمدت بشر و چالشی جدی برای جامعه علمی است.

امروزه دو روش اصلی تولید کاتالیزور‌ها برای پردازش دی‌اکسید‌کربن وجود دارد: استفاده از فلزات نجیب که بسیار موثر بوده، اما گران‌قیمت هستند. روش دوم بدون این فلزات نجیب که محصول ارزان تر، اما با ویژگی‌های قابل توجه کاهش یافته به‌دست می‌آیند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه علم و فناوری میسیس یک راه حل بینابینی را پیشنهاد کرده است که در آن از آهن ارزان به عنوان یک جز کاتالیزور استفاده می‌شود، این کار موجب کاهش محتوای فلزات نجیب (در این مورد پلاتین) به کمتر از ۱ درصد اتمی می‌رسد.

اما حتی هنگام اجرای این راه حل پیشنهادی، یک مشکل وجود دارد. نانوذرات دو فلزی آهن-پلاتین تمایل دارند در دما‌های بالا متجمع شوند. در این حالت سطح ویژه ذرات کاهش می‌یابد که بر خواص کاتالیزوری تأثیر منفی می‌گذارد.

آنتون کونوپاتسکی، یکی از نویسندگان این کار، محقق در نانومواد معدنی دانشگاه علم و فناوری میسیس، می‌گوید: «این اولین بار است که از نیترید بور به عنوان حامل برای نانوذرات آهن پلاتین فعال کاتالیزوری استفاده می‌کنیم. یکی از ویژگی‌های مواد ناهمگن به دست آمده این است که پس از سنتز اندازه ذرات آهن پلاتین تنها ۲ نانومتر است. با توجه به اندازه کوچک آنها، این ذرات به طور یکنواخت بر روی سطح نیترید بور توزیع می‌شوند، اما جالب‌تر اینکه در طول فرآیند کاتالیزوری، اندازه ذرات آهن-پلاتین به میزان ناچیزی افزایش می‌یابد (به طور متوسط ​​تا ۸ نانومتر)؛ که این یکی از دلایلی است که مواد خواص کاتالیزوری بالایی نشان می‌دهند.»

در این مقاله، محققان ساز و کار منحصربه‌فردی از تثبیت نانوذرات آهن-پلاتین را نشان داده است. ورقه‌های نازکی از نیترید بور در دما‌های بالا به دور ذرات پیچیده شده است. در نتیجه، ذرات ناهمگن با ساختار هسته-پوسته تشکیل شد و به طور قابل توجهی مانع تجمع آن‌ها شد.

آنتون کونوپاتسکی می‌افزاید: «ما از روش نسبتا ساده‌ای برای سنتز کاتالیزور‌های خود استفاده کردیم. یکی از مهمترین مراحل توزیع یکنواخت مواد اولیه در محیط سنتز بود. تکامل ساختار مواد سنتز شده در دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد مشاهده شد. میکروسکوپ الکترونی به ما اجازه می‌دهد تا ببینیم در طول کاتالیز چه اتفاقی برای مواد می‌افتد.»

مواد به‌دست‌آمده را می‌توان در هر شرکتی با انتشار گسترده CO ۲ استفاده کرد. پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های شیمیایی و متالورژی، صنعت سلولز و ... مشتریان این محصول هستند.

محصول اصلی واکنش فرآوری CO ۲ با استفاده از کاتالیزور به‌دست‌آمده، CO (مونوکسید کربن) است که می‌توان از آن در فرآیند‌های صنعتی استفاده مجدد کرد. با این حال، به گفته توسعه دهندگان، از نقطه نظر اقتصادی، تولید هیدروکربن‌های پیچیده با ارزش افزوده بالا از CO مورد توجه بیشتری است. این هدف بعدی تحقیقات این تیم خواهد بود.