Ученые Института катализа Сибирского отделения РАН при поддержке Российского научного фонда и правительства Новосибирской области создали высокоэффективные и недорогие катализаторы для производства изобутилена — востребованного в химической промышленности компонента, сообщает ИК СО РАН.
Изобутилен применяется при изготовлении растворителей, аэрозолей, хладагентов, полимеров и других продуктов.
Объем мирового рынка изобутилена и его производных ежегодно растет в среднем на 4,5 процента, в 2023 году он оценивался в 28,6 миллиарда долларов, а к 2030 году может достичь 38,9 миллиарда. Вместе с тем в России его производство падает — с 2019 года оно снизилось на 30 процентов, что было связано с сначала с ковидными ограничениями, потом с ужесточением санкций.
Особенно сильно это сказалось на бутилкаучуке — ключевом компоненте для автомобильной промышленности. Поэтому разработка сибирских ученых сейчас особенно актуальна.
По словам младшего научного сотрудника отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН Александра Нашивочникова, применяемые сегодня в производстве изобутилена катализаторы имеют серьезные недостатки — платиновые дороги, а хромсодержащие высокотоксичны. Поэтому новосибирские исследователи обратили внимание на оксид циркония, который, как недавно было обнаружено, проявляет высокую активность, не уступая промышленным катализаторам, но при этом доступен и не токсичен. К тому же ему не нужен носитель. Активность обеспечивают кислородные вакансии — чем больше активных центров дегидрирования, тем эффективнее работает оксид циркония. Такие системы можно синтезировать с помощью лазера в восстановительной атмосфере. В результате запуска реакции дегидрирования изобутана ученые получили один из самых высоких результатов — 45 процентов выхода изобутилена.
"Лазером катализатор пока еще никто не синтезировал. Мы занимаемся дизайном наноматериалов, и собираем и разбираем наши системы как кубики, — говорит Александр Нашивочников. — Мы решили попробовать испарить материал в восстановительной атмосфере и создать как можно больше нужных нам кислородных вакансий. И это дало результат: очень большой рост активности катализатора, полученного в атмосфере гелия и водорода".
