В результате сотрудничества коллектива ученых из Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирского государственного технического университета и Центра наноматериаловедения Кольского научного центра удалось совершенно по новому взглянуть на свойства, казалось бы, уже хорошо изученного синтетического аналога редких минералов Хибин группы линтисита (условные названия синтетических аналогов — АМ-4 и SL3).
Слоистые титаносиликаты могут быть потенциальными катализаторами для получения новых материалов из побочных продуктов биодизельного топлива / ©Getty images
Международный журнал Molecular Catalysis издательства Elsevier опубликовал описание специфики работы этих соединений в качестве композитных катализаторов для синтеза органических веществ глицидола и глицеринкарбоната из ключевого побочного продукта производства биодизельного топлива, глицерина. Глицеринкарбонат широко используют в качестве растворителя в пищевой, косметологической, текстильной и фармацевтической индустрии, как электролит для литий-ионных аккумуляторов.
Это вещество также широко применяется в органической химии в качестве строительного компонента для получения полимеров, полиэфиров, поликарбонатов и многих других соединений. Глицидол применяют в промышленности для стабилизации натуральных масел и виниловых полимеров, в качестве химического промежуточного продукта в синтезе глицидиловых эфиров (процессы получения смол), сложных эфиров (ароматизаторы, растворители, пластификаторы) и аминов (производство пластмасс, красителей, антиоксидантов, пестицидов), фармацевтических препаратов.
По данным одного из крупнейших аналитических центров маркетинга Transparency Market Research, в 2019 году мировой рынок глицидола оценивался в 8190,2 миллионов долларов США. К 2027 году рост рынка прогнозируют до 13205,5 миллионов долларов США.
Одно из главных условий в схеме получения катализатора — использование в качестве исходного сырья промежуточных или обедненных по содержанию титана источников (например, сырья, отправляемого на долгосрочное хранение после извлечения полезных компонентов из апатито-нефелиновых руд предприятия АО «Апатит»). Такой подход позволяет проектировать технологии с увеличением процента комплексного использования рудных ресурсов и уменьшением ежегодной нагрузки на окружающую среду. Большое значение имеет и снижение себестоимости продукта и энергозатрат при его производстве и дальнейшем использовании.
Новый катализатор представляет собой композитный материал, основой которого является аналог минерала линтисита, а добавочным компонентом его кристаллической структуры — цеолитоподобное вещество с цинк-имидазолятным каркасом ZIF-8 (материал, широко применяемый для селективного улавливания углекислого газа, разделения водорода от примеси иных газов, доставке лекарственных препаратов). Такой «союз» позволяет значительно снизить потерю ZIF-8 и получить новый катализатор с управляемыми физико-химическими свойствами, высокой удельной площадью поверхности, равномерным распределением пор, наличием необходимого количества активных кислотных и основных центров.
Существует несколько распространенных методов синтеза глицерин карбоната и глицидола, наиболее экологичным и экономичным из которых исследователи посчитали одностадийный синтез в результате взаимодействия глицерина с диметилкарбонатом. В присутствии нового гетерогенного катализатора AM-4/ZIF-8 реакция проходит с максимальной селективностью по отношению к итоговому продукту (78,4 процента) при температуре 100 градусов Цельсия.
Сотрудники Центра наноматериаловедения ФИЦ КНЦ РАН благодарят доктора химических наук Марию Тимофееву и ее коллектив за сотрудничество и бесценный труд по развитию технологий применения аналога одного из редких минералов Кольского полуострова для области органического синтеза полезных промышленных веществ.
