Катализируй это: ученые нашли способ удешевить полиэтиленовые пакеты
Российские ученые предложили новый способ создания элементов, необходимых для производства полиэтилена. Исследователи придумали, как сделать так, чтобы дорогостоящие катализаторы из благородных металлов, за счет которых идет процесс создания пленки, служили дольше. Технология должна снизить стоимость производства. Эксперты отмечают, что возможность повторного применения катализатора перевешивает небольшую потерю его производительности и позволит сэкономить значительные суммы. Также созданные элементы можно применять для производства компонентов парфюмерных композиций, изделий из пластика и удобрений.
Металлические айсберги
Российские ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН и Центра новых химических технологий ИК СО РАН предложили новый способ синтеза металлоуглеродных катализаторов. Они нужны для создания полиэтилена — основы для упаковок многих продуктов.
Пленки делают из этилена — это органическое вещество с простой формулой C2H4. Проблема в том, что последний содержит в себе примеси ацетилена, C2H2. Исходное сырье очищают от него с помощью катализаторов.
— Ацетилен «отравляет» катализаторы (они теряют свою активность и нужные для реакции свойства), которые представляют собой благородные металлы и стоят весьма недешево, — пояснил руководитель проекта, научный сотрудник СПбГУ Константин Родыгин.
Новый метод позволяет продлить работу катализаторов и за счет этого сделать производство полиэтилена дешевле. Технология заключается в том, что наночастицы металла «погружают» в носитель, поэтому получающиеся системы могут работать несколько циклов. Чтобы получить такую конструкцию, ученые смешали карбид кальция (соединение кальция с углеродом) с различными солями металлов и нагрели в потоке хлора. При таком воздействии соли металлов восстановились до чистых металлов, а карбид кальция разложился до высокочистого углерода.
— У нас частицы металлов «проплавили» углерод и частично погрузились в него, — отметил Константин Родыгин. — Получились своего рода металлические «айсберги» в углеродном «море». Более того, тонкая, всего в несколько атомов толщиной, углеродная пленка частично покрывала металлические верхушки, прочно удерживая металл и не давая ему покинуть поверхность. Мы получили палладий, платину, золото, серебро, медь и многие другие металлы на углероде, и даже их сплавы.
Новые катализаторы можно применять для производства не только полиэтилена.
— Они превращают самые разные соединения в нужные, например, используемые для производства пестицидов, парфюмерной продукции, пластиков, — рассказал старший научный сотрудник ЦНХТ ИК СО РАН Роман Мироненко.
Хорошо спрятанное
Ученые считают, что у нового подхода действительно будет положительный экономический эффект. По мнению заведующего лабораторией «Функциональные композиционные материалы» центра НТИ «Цифровое материаловедение» МГТУ им. Н.Э. Баумана Александра Полежаева, новые эффективные каталитические системы могут сэкономить миллионы долларов и повысить эффективность и экологичность существующих производств. Он отметил, что полиэтилен производится миллионами тонн в год.
— В мире огромное число компаний работает над совершенствованием каталитических систем, но лишь избранные решения в конце-концов оказываются в промышленности. Тем не менее, это очень важный шаг к пониманию путей дезактивации катализаторов и возможных подходов к их стабилизации, к увеличению числа циклов использования, — рассказал эксперт.
Старший научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Антон Конопацкий отметил, что при таком подходе будет небольшая потеря максимальной производительности катализатора, зато возможность его повторного применения возрастет в несколько раз.
— Представленный учеными подход известный, но используют его нечасто, — сказал эксперт. — В ходе эксплуатации защитная оболочка не позволяет частицам металла спекаться между собой. Все каталитически активные частицы сохраняют свои размеры и свойства. В своей работе авторы показали применимость разработанной методики к целому ряду металлов, в том числе к дорогостоящим палладию, платине и золоту.
Старший научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии Губкинского университета Александр Глотов помимо перечисленных преимуществ отметил сложность метода.
— При получении катализатора используется хлор, что предъявляет высокие требования по охране труда и изготовлению оборудования, — отметил эксперт.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Catalysis.
