Материаловеды НИТУ «МИСиС» и химики ИНХС РАН экспериментальным путем обнаружили оптимальный размер наночастиц катализатора железо-кобальт, благодаря которому станет возможно получать экологически чистые моторные топлива с пониженным содержанием сернистых и азотистых соединений. Результаты исследования представлены в международном научном журнале Fuel.
Истощение нефтяных ресурсов, колебания цен на нефть и экологические проблемы, связанные с добычей, заставляют ученых искать способы производства альтернативных видов чистого топлива. Синтез Фишера-Тропша — это химическая реакция получения углеводородов из смеси CO и H2 (синтез-газа), перспективный вариант каталитического синтеза углеводородов, включая бензин и дизельное топливо. Синтез-газ получают из нефтяных альтернативных ресурсов, таких как природный газ, уголь и биомассы.
Необходимый элемент реакции — катализатор, которым могут выступать определенные металлы — железо, никель, кобальт и рутений. По экономическим соображениям и технологическим характеристикам, на эту роль более всего подходят железо и кобальт, причем ученые доказали, что совместное их использование повышает каталитическую активность и селективности итоговых продуктов в реакции Фишера-Тропша.
Ученые НИТУ «МИСиС» и Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) впервые провели ряд исследований, в результате которых был продемонстрирован размерный эффект каталитической активности наночастиц Fe-Co в этом процессе и найден размер частиц, который обеспечивает самые высокие показатели катализа.
«Разработка новых отечественных катализаторов для нефтегазовой области критически важна для решения задач импортозамещения. Нами был предложен одностадийный метод синтеза металл-углеродных катализаторов, заключающийся в одновременном формировании наночастиц сплава и углеродного носителя. В данной работе впервые изучалось влияние размерного эффекта биметаллических наночастиц Fe-Co, равномерно распределенных в углеродном носителе, на каталитическую активность, выход и селективность продуктов синтеза Фишера-Тропша. В итоге было выявлено, что катализатор со средним размером частиц Fe-Co 10 нм демонстрирует наибольшую удельную активность равную 126 мкмоль.CO /(г Fe-Co ⋅ с)»- рассказал один из авторов исследования Андрей Васильев, ассистент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС», научный сотрудник ИНХС РАН.
Как отмечают исследователи, размерное влияние нанесенных на углерод наночастиц сплава Fe—Co на удельную каталитическую активность, выход и селективность продуктов синтеза Фишера-Тропша ранее нигде не изучалось и не описывались. В проведенных экспериментах была зафиксирована максимальная величина активности катализатора по данным литературы.
Синтетические топлива, полученные методом Фишера-Тропша, не содержат нежелательных по экологическим требованиям соединений серы и азота. Это выгодно отличает их по сравнению с топливом, получаемым традиционным путем и позволяет отвечать стандарту качества ЕВРО-5. Работы научного коллектива в целях создания эффективных и экономически выгодных отечественных катализаторов углеводородного синтеза продолжаются.
