Твердые кислоты являются одними из наиболее важных гетерогенных катализаторов, которые могут заменить экологически вредные жидкие кислоты в некоторых важных процессах — крекинг углеводородов, алкилирование, а также разложение пластиковых отходов и превращение углекислого газа в топливо. Ученым удалось решить две особо важные экологические проблемы с помощью одной разработки. Результаты исследования публикует журнал Nature.
Двумя наиболее известными твердыми кислотами являются кристаллические цеолиты и аморфные алюмосиликаты. Хотя цеолиты являются сильно кислыми, они ограничены присущей им микропористостью, вызывая крайнее диффузионное ограничение. В то время как алюмосиликаты хоть и являются мезопористыми, они страдают от низкой кислотности и умеренной стабильности. Таким образом, это синтетическая задача — разработать и синтезировать твердые кислоты с кислотностью как цеолитов, и текстурными свойствами алюмосиликатов.
С другой стороны, основной причиной изменения климата является углекислый газ в атмосфере, уровень которого растет с каждым днем. Эффект глобального потепления с точки зрения резких изменений в погодных условиях уже ясно виден и вызывает тревогу. Таким образом, существует огромная необходимость в поиске путей снижения уровня углекислого газа путем его отделения или преобразования в топливо. Также растущее количество пластиковых отходов стало серьезной экологической проблемой. Большинство стран производят тысячи тонн пластиковых отходов каждый день.
В новой работе исследователи рассмотрели обе эти проблемы за один раз, разработав нанотвердые кислоты, которые превращают углекислый газ непосредственно в топливо (диметиловый эфир) и пластмассовые отходы в химические вещества (углеводороды).
Используя методы биконтинуальных капель микроэмульсии в качестве мягкого шаблона, ученые синтезировали кислый аморфный алюмосиликат (ААС) с наноморфологией губки, которая проявляет как цеолитные (сильная кислотность), так и аморфные алюмосиликатные (мезопористая высокая площадь поверхности) свойства.
Многочисленные исследования подтвердили — классификация новых материалов, благодаря уникальным свойствам, граничит между кристаллическим цеолитом и аморфным алюмосиликатом.
Новая разработка может позволить разработку твердокислотного катализа для разложения пластика, а также превращения углекислого газа в топливо. Процесс будет происходить при условиях, необходимых для того, чтобы сделать его экономически конкурентоспособным.
Читать также
Вакцина, учебный год и сезон простуд. Рассказываем главное из совещания президента
Ученые: до нашей Вселенной что-то существовало
Исследование: в квантовой модели эффекта бабочки не существует