19.01.2021
РХТУ им. Д.И. Менделеева
1 119

В РХТУ получили новый молибденовый катализатор для производства водорода

4.2

Водород и его соединения, удобные для компактного хранения, получают в основном переработкой природного газа. Очень заманчиво делать это в совместной конверсии природного и углекислого газов, но для этого нужны доступные и эффективные катализаторы. Один из вариантов – это карбид молибдена, каталитическая активность которого в реакциях конверсии углеводородов сопоставима с дорогостоящей платиной. Российские химики из РХТУ имени Д. И. Менделеева предложили новый способ получения этого каталитического материала из доступного прекурсора – молибденовой сини и показали, что разработанные образцы обладают высокой каталитической активностью, то есть обеспечивают быструю и полную конверсию углеводородов.

В РХТУ получили новый молибденовый катализатор для производства водорода / ©Getty images

Результаты работы опубликованы в журнале Nanomaterials. При сгорании водорода не образуются парниковые газы, а топливные элементы, работающие на его основе, генерируют электричество с очень высоким КПД, и поэтому водород считают очень перспективным топливом.

Его современное промышленное производство основано на совместной конверсии природного газа вместе с водяным паром, проводимой при 1000 градусов Цельсия, но более экологичный способ – это углекислотная конверсия метана, сырьем в которой работают сразу два парниковых газа – СН4 и СО2. К сожалению, катализаторы паровой конверсии в этом процессе дезактивируются и разрушаются, а использование универсальных катализаторов на основе металлов платиновой группы (Pt, Pd, Rh) тоже невозможно по целому ряду причин.

Перспективный кандидат для катализаторов углекислотной конверсии метана – это карбид молибдена (Mo2C). Его каталитическая активность в реакциях с участием легких углеводородов сопоставима с платиной, а цена гораздо ниже. Кроме того, карбид молибдена устойчив к распространенным каталитическим ядам – углеродным отложениям и серосодержащим соединениям, что делает катализаторы на его основе устойчивыми при длительной работе. Однако карбид молибдена не распространен в природе и может быть получен только синтетическим путем.

Структура карбида молибдена, синтезированного из молибденовых синей. Изображение получено на сканирующем электронном микроскопе / ©Nanomaterials / MDPI

В традиционном металлургическом методе его синтезируют за счет длительной температурной обработки металла и углерода, что приводит к большим энергозатратам. Другой распространенный способ — это терморегулируемое восстановление оксидов молибдена смесью углеводородных газов с H2 или ароматическими соединениям.

На этот метод нужно меньше энергии, но он требует повышенных мер безопасности из-за использования взрывоопасных газов. Кроме того, в обоих способах на поверхности карбида молибдена образуется углеродная пленка, которая блокирует часть каталитически активных центров и тем снижает эффективность использования материала. Поэтому ученые ищут другие способы его синтеза.

В РХТУ карбид молибдена предлагают получать с помощью метода жидкофазного синтеза из молибденовых синей (так называют дисперсии кластерных соединений молибдена и кислорода). В работе ученые проводили синтез Mo2C в несколько стадий. Сначала они получили сами молибденовые сини за счет восстановления раствора гептамолибдата аммония аскорбиновой кислотой в присутствии соляной кислоты.

А потом молибденовые сини высушили и термически разложили при температуре 750-800 градусов Цельсия, в результате чего образовался карбид молибдена. «Основным отличием работ, проводимых нашей научной группой, является комплексный подход, – отмечает один из авторов работы, доцент кафедры коллоидной химии РХТУ, Наталья Гаврилова.

– Фактически мы занимаемся не просто синтезом высокодисперсных частиц, а изучаем каждую стадию получения каталитических систем, что позволяет, установив основные фундаментальные закономерности, синтезировать продукт с заданными свойствами – то есть карбид молибдена с высокой каталитической активностью».

В работе исследователи изменяли соотношение молибденсодержащего вещества и восстановителя на первой стадии синтеза и изучали структуру как получающихся молибденовых синей, так и самого карбида молибдена, синтезируемого потом из красителя. Каталитическую активность Mo2C оценивали, проводя реакцию конверсии метана CH4 (основной компонент природного газа) и CO2 в газообразную смесь H2, CO и H2O, то есть синтез-газ.

Было показано, что уже при температуре 850 градусов Цельсия степень конверсии метана составляет 100 процентов, а наибольшей каталитической активностью обладают образцы, синтезированные при низком содержании восстановителя в начальной смеси: с ними конверсия CH4 и CO2 в синтез-газ происходит быстрей всего. 

Таким образом, ученые установили, что основную роль в формировании структуры и текстуры катализатора играет восстановитель и, меняя его содержание в исходных дисперсных системах, можно получать различные модификации карбида молибдена и регулировать пористую структуру катализатора.

Разработанный метод синтеза протекает при сравнительно низких температурах (по сравнению с традиционными методами), а синтезированный Mo2C обладает высокой каталитической активностью, что открывает возможность использовать этот метод для получения массивных катализаторов на носителе и каталитических мембран для различных задач – в том числе конверсии природного газа.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева — высшее учебное заведение в Москве, крупнейший учебный и научно-исследовательский центр в области химической технологии.
Позавчера, 21:16
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

Позавчера, 19:15
Илья Ведмеденко

Российские специалисты из НПО имени С. А. Лавочкина предложили создать надувной модуль, который будет уводить старые космические аппараты с орбиты.

7 часов назад
Сергей Васильев

Чем более многочисленной становится низкоорбитальная группировка Starlink, тем больше астрономических снимков оказываются испорчены пролетами ее спутников.

Позавчера, 11:00
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Позавчера, 21:16
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

19.12.2021
Александр Речкин

Корпорация Илона Маска с 2012 года разрабатывает космический корабль, который может изменить правила игры в космической отрасли. Starship, как его называют, должен стать многоразовой транспортной системой, способной доставить на Красную планету до 100 человек за раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: