Исследователи разработали катализатор, полученный методом горения растворов, для производства водорода и наноструктурированного углерода из попутного нефтяного газа без выделения углекислого газа. Синтезированный за одну стадию катализатор позволяет снизить стоимость производства и решить экологическую проблему для многих нефтедобывающих компаний, которые сейчас сжигают ценные продукты реакции. Технология обладает простотой и широкой применимостью продуктов реакции в технике и энергетике. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы В журнале «Химическая технология и проектирование исследований».
Исследователи.
Водород рассматривается как альтернатива нефти, углю и природному газу для двигателей внутреннего сгорания. Именно эти источники энергии являются полезными ископаемыми с ограниченными запасами. Их переработка и использование приводят к выбросу углекислого газа в атмосферу. Традиционные способы получения водорода по качеству и эффективности уступают процессу низкотемпературной переработки попутного нефтяного газа, поэтому ученые разрабатывают новые методы.
Исследователи из Новосибирского государственного технического университета (Новосибирск) с коллегами разработали Катализатор из никеля и оксида алюминия перерабатывает углеводородные газы (метан, природный газ, попутный нефтяной газ) и их смеси в водород и углеродные нановолокна без выделения углекислого газа. Водород можно применять в химической промышленности и как экологически чистое топливо для двигателей внутреннего сгорания. Нановолокна используются для усиления композитных материалов, создания суперконденсаторов, газовых сенсоров и других устройств.
Авторы синтезировали катализаторы методом горения растворов — быстрым и энергоэффективным способом. Смесь нитратов металлов и органического топлива (аминокислоты глицин) нагревали до 650°C, в результате чего смесь самовоспламенялась, образуя наночастицы катализатора.
Химики испытали различные условия синтеза, изменяя температуру нагрева от 350°C до 650°C, скорость ее повышения (от 1 до 10 градусов в минуту) и время выдержки при максимальной температуре до 40 минут. В результате ученые получили наночастицы размером от 10 до 50 нанометров. Преимущественно катализаторы состояли на 90% из никеля и на 10% из оксида алюминия.
В лабораторном кварцевом реакторе при температуре 550°С и атмосферном давлении авторы оценили эффективность работы катализаторов в реакции разложения метана. Результаты позволили определить оптимальные параметры синтеза катализатора, обеспечивающие наибольшие выходы водорода и наноструктурированного углерода.
Некоторые образцы катализаторов действовали более 32 часов, показав высокую эффективность. результаты других исследовательских группВысокая активность полученных авторами структур обусловлена большой удельной поверхностью катализатора. К достоинствам этого катализатора также относится возможность проведения реакции без предварительного восстановления в потоке водорода.
Наш катализатор эффективно производит водород без вредных выбросов и позволяет создавать ценные побочные продукты — углеродные нановолокна и нанотрубки. Углеродные наноматериалы обладают высокой чистотой, низким содержанием примесей и могут использоваться в композитных материалах, катализе и электронике. Способ горения растворов делает синтез простым и масштабируемым, открывая новые возможности для промышленного применения. Это важный шаг к устойчивой энергетике будущего. В дальнейшем планируется протестировать другие способы синтеза и инициирования горения системы, чтобы повысить выход водорода и углеродных наноматериалов. — говорит руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Павел Курмашов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории химической технологии функциональных материалов НГТУ.
В исследовании принимали участие сотрудники Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук. (Новосибирск), Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН (Новосибирск), Институт органической химии имени Н.Д. Зелинского Российской академии наук (Москва) и Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (Новосибирск).
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотографии.