Катализ на основе наночастиц, разработанный в Райсовском университете, может приглушить рев вашего мотора

Новая статья в журнале Американского химического общества описывает технологию, разработанную профессором Университета Райса Майклом Вонгом и его коллегами, которая может помочь нефтеперерабатывающим предприятиям сделать процесс производства бензина более эффективным и безопасным для окружающей среды. По словам Вонга, технология позволит производить высокооктановый бензин и сэкономит деньги для промышленности, в которой каждая копейка превращается в миллионы.

Недавно команда Вонга, сотрудничавшая с лабораториями Лехайского университета, Центром научно-технических разработок Hellas и Техасским партнерством DCG , сообщила, что субнанометровые кластеры оксида вольфрама на поверхности оксида циркония оказались высокоэффективным катализатором, который превращает прямолинейные молекулы н-пентана, одного из многих углеводородов бензина, в н-пентан ветвистой структуры, который лучше сгорает. Хотя каталитические способности оксида вольфрама уже давно известны, нанотехнология максимизирует его потенциал.

После начальной сепарации сырой нефти на базовые компоненты, включая бензин, керосин, мазут, смазки и другие продукты, с помощью нагревания происходит расщепление более тяжелых побочных продуктов на молекулы с меньшими углеродными атомами, из которых тоже можно сделать бензин. Далее катализ улучшает эти углеводороды.

Именно здесь и вступает в игру открытие Вонга. НПЗ (нефтеперерабатывающие заводы) пытаются улучшить катализаторы, говорит Вонг, хотя, «по сравнению с наукой, промышленность немногого достигла в том, что касается технологий синтеза, новой микроскопии, биологии и даже новой физики. Эти явления можно понять в контексте нанотехнологии».

«У нас есть способ сделать более совершенные катализаторы, которые улучшат топливо, производимое на современных НПЗ. Множество существующих химических процессов невыгодны с точки зрения растворителей, прекурсоров и энергии. Совершенствование катализа сделает химический процесс более экологичным. Отделите эти частицы, и они увеличат эффективность и сохранят деньги».

Команда Вонга работала несколько лет, чтобы найти подходящую комбинацию наночастиц активного оксида вольфрама и инертного циркония. Решением стало рассеяние наночастиц на циркониевой подложке при правильной степени покрытия поверхности. «Это принцип Златовласки - не много и не мало, а столько, сколько нужно, - сказал он. - Мы хотим максимально увеличить количество этих наночастиц на подложке, не давая им соприкасаться. Если мы попадем в активную точку, мы сможем увидеть пятикратное увеличение эффективности катализа. Это очень трудно сделать».

Ученые нашли верный химический состав и при нужной высокой температуре прикрепили частицы шириной в миллиард метра к зернам порошка оксида циркония. При правильном соединении частицы реагируют с прямолинейными молекулами н-пентана, переставляя пять атомов углерода и 12 атомов водорода в процессе изомеризации.

Теперь, когда формула известна, производство катализатора возможно уже на промышленном уровне. «Так как процесс, который мы разработали, не является абсолютно новым (он модифицируется лишь частично), НПЗ могут включить его в свои процессы без особых проблем», - сказал Вонг.