Ученые из японского Университета Кюсю выяснили, что цеолит Na-ZSM-5 эффективен для улучшения химического превращения биомассы в олефины. Микроволны позволили снизить расход энергии и предотвратить образование побочных веществ.
Для получения сложных органических соединений — пластмасс, лекарств или пищевых добавок — нужны простые химические прекурсоры — олефины. Один из популярных методов синтеза таких веществ — каталитический риформинг нафты, продукта нефти.
Альтернативный способ синтеза олефинов – разложение отработанных растительных масел и масел из микроводорослей. Оба вида веществ доступны по цене, а повторное использование использованных растительных масел помогает решить вопрос их выброса.
Преобразование масел в олефины осуществляется методом каталитического крекинга с применением цеолита. Цеолит – это природный пористый материал, который выступает катализатором и абсорбентом. Материал нетоксичен и нерастворим в . биологических средах.
Каталитический крекинг нуждается в нагревании до 500-600 градусов Цельсия. Такая температура влечет за собой большие энергетические затраты и приводит к образованию побочных веществ – кокса, который сокращает срок службы катализатора.
В ходе нового исследования группа японских учёных провела эксперименты по применению микроволн для подогрева цеолитов с целью сокращения расходов на процесс крекинга. Результаты опубликованы в журнале. Chemical Engineering Journal.
Учёные изучили разные виды цеолитов и выяснили, какие из них самые эффективные. Наилучшие результаты показал Na-ZSM-5 — цеолит с натриевыми ионами.
Коллектив ученых осуществил каталитическое преобразование метилолеата. Нагрев Na-ZSM-5 микроволнами до 500 градусов Цельсия показал высокую эффективность в превращении сложных эфиров жирных кислот в олефины с высокой селективностью. Выбросы углекислого газа. составилиУгарный газ составлял менее 1,3 процента от общего числа продуктов реакции.
Метод позволил увеличить производство олефинов на четыреста процентов по сравнению с традиционным нагреванием до той же температуры. При нагревании до 600 градусов Цельсия кокс не образовывался. Это ученые связывают с большей селективностью Na-ZSM-5 в производстве именно олефинов.
Ученые обнаружили, что микроволны создавали в цеолите участки с температурой свыше тысячи градусов Цельсия, без повышения температуры самого цеолита. В своих рассуждениях ученые предполагают, что именно такие экстремальные температуры… приводят к селективному образованию олефинов.
Использование микроволнового нагрева катализаторов может существенно улучшить переработку биомасел и способствовать достижению целей устойчивого развития в химической промышленности. Микроволновое излучение возможно получать из возобновляемых источников энергии, поэтому предложенный метод производства олефинов способен снизить негативное воздействие промышленности на окружающую среду.