Результаты работы опубликованы в журнале Materials (Q2, IF:3.1).
Ученые синтезировали катализатор на основе никеля и карбида вольфрама, который позволяет на протяжении длительного времени его эксплуатации в процессе углекислотной конверсии метана (УКМ) поддерживать высокие показатели конверсии реагентов и высокий выход продукта реакции. УКМ является перспективным методом переработки парниковых газов в синтез-газ — сырье для получения метанола, диметилового эфира, жидких углеводородов.
«Технология углекислой конверсии метана позволяет одновременно решать две задачи: получать ценное сырье и утилизировать углекислый газ и метан. В то же время главной проблемой развития и внедрения технологии УКМ является отсутствие эффективного и стабильного при высоких температурах реакции катализатора», — рассказывает соавтор исследования, младший научный сотрудник лаборатории «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» Светлана Кузнецова.
На сегодняшний день благородные металлы платиновой группы проявляют самую высокую каталитическую активность и значительно меньше подвержены коксованию, обеспечивая необходимую стабильность в условиях реакции. Однако, их высокая стоимость и ограниченная доступность делают нецелесообразным их применение в крупномасштабном промышленном производстве. Возникает потребность в разработке альтернативных материалов.
«Мы синтезировали катализатор, который сочетает в себе высокоактивный и недорогой никель со стабильным соединением карбида вольфрама. Синергетический эффект компонентов позволил получить материал с более высокой активностью и устойчивостью к окислению и образованию углеродистых отложений в процессе УКМ, чем традиционные никель- и кобольтосодержащие катализаторы на оксидных носителях и индивидуальные карбиды вольфрама и молибдена», — отмечает Светлана Кузнецова.
Комплексная характеристика полученного материала была проведена с помощью рентгеновской дифракции, температурно-программируемого восстановления водородом и рамановской спектроскопии. Каталитические испытания при 800 °C и атмосферном давлении показали, что содержание никеля на уровне 20 массовых процентов обеспечивает оптимальный баланс активности и стабильности.
«Впервые удалось достичь эффективного подавления коксования до примерно 1% за 200 часов непрерывного процесса УКМ путем одновременной оптимизации состава катализатора и состава подаваемой газовой смеси», — отмечает Светлана Кузнецова.
Дальнейшая работа ученых будет направлена на оптимизацию катализатора, чтобы в синтез-газе соотношение водорода и монооксида углерода было примерно один к одному. Это позволит использовать получаемое сырье напрямую в синтезе диметилового эфира.
В исследовании принимали участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий и Инженерной школы энергетики Томского политеха, Севастопольского государственного университета, Нового университета Лиссабона.