Ученые из Университета МИСИС и ИОХ РАН создали новый тип катализаторов, который не содержит опасных или токсичных компонентов и может быть получен простыми методами, подходящими для масштабного производства. Процесс производства лекарств, витаминов, биологически активных добавок и ароматизаторов, в котором будет задействован новый катализатор, станет более безопасным. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nanomaterials (Q1).
Катализаторы, ускоряющие химические реакции, используются в разных отраслях промышленности, включая производство полимеров и лекарств. Одним из наиболее распространённых видов являются катализаторы селективного гидрирования – они помогают ускорить химические реакции, превращая одни вещества в другие, при этом выбирают только определенные соединения для реакции.
Несмотря на высокую эффективность таких катализаторов, их использование становится экономически невыгодным из-за большого содержания дорогостоящего благородного металла – палладия в их составе, а присутствие свинцовых соединений негативно влияет на экологическую обстановку на производстве. В свете новых экологических нормативов и стремления промышленности к более устойчивому развитию, ученые по всему миру активно работают над созданием безопасных, недорогих и эффективных катализаторов.
Коллектив ученых НИТУ МИСИС и ИОХ РАН разработал несколько стратегий создания нетоксичных катализаторов на основе безопасных наночастиц железа, модифицированных небольшим количеством палладия. Такие биметаллические наночастицы очень активно взаимодействуют в процессе гидрирования (превращения вещества в другое при помощи водорода) связей между атомами и выборочно взаимодействуют с определенными алкенами – видами химических соединений.
«Биметаллические катализаторы на основе наночастиц железа и палладия имеют большой практический потенциал, поскольку для их получения не требуется трудоемких процедур приготовления, и получить активные материалы возможно несколькими способами: прямым восстановлением прекурсоров активных металлов, нанесенных на оксид кремния и термическим разложением нанесенных прекурсоров на воздухе при температурах 250°С — 400°С», — рассказала Анастасия Шестеркина, к.х.н., старший научный сотрудник Лаборатории нанохимии и экологии Университета МИСИС.
В ходе исследований было показано, что наиболее подходящим носителем для создания эффективных биметаллических катализаторов является оксид кремния отечественного производства. Разработанные биметаллические катализаторы обладают более высокой эффективностью и являются отличной альтернативой промышленным катализаторам гидрирования, в частности токсичному катализатору Линдлара.
Как отмечают ученые, новые катализаторы могут производиться с помощью относительно простых методов, что позволит легко масштабировать производство. В будущем исследователи планируют снизить содержание благородного металла в составе катализатора, а также изучить возможность полной замены на неблагородные металлы в составе катализаторов с сохранением каталитической эффективности.