Индийские химики в сотрудничестве с британскими коллегами создали нанопористый материал, названный ими аморфным цеолитом, который превращает углекислый газ в топливо, а пластиковые отходы — в химикаты. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Глобальное потепление, вызванное выбросами парниковых газов, и загрязнение окружающей среды неразлагающимися отходами — важнейшие антропогенные проблемы, над решением которых думают ученые из разных стран.
Химики из индийского Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи под руководством профессора Вивека Полшеттивара (Vivek Polshettiwar) вместе с коллегами из Ноттингемского университета в Великобритании разработали вещество, относящееся к классу твердых кислот, которое поможет бороться и с тем, и с другим.
Твердые кислоты обладают свойством сильных катализаторов и могут заменить экологически вредные жидкие кислоты в некоторых технологических процессах, таких как крекинг углеводородов, алкилирование, а также разложение пластиковых отходов и превращение диоксида углерода в топливо.
Большинство твердых кислот представляют собой органические соединения, но есть и природные минеральные вещества. Наиболее известные из них — кристаллические цеолиты и аморфные алюмосиликаты.
Цеолиты — сильные твердые кислоты. Они могут отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности, ускорять химические реакции, а также обладают способностью к ионному обмену. Однако слишком мелкая пористость цеолитов ограничивает их применение в технологических процессах, основанных на диффузии. Аморфные алюмосиликаты, наоборот, обладают низкой кислотностью, но высокой пористостью.
Исследователи поставили перед собой задачу разработать и синтезировать вещество с сильными кислотными свойствами, как и цеолитов, и текстурными свойствами, как у алюмосиликатов.
Используя капли микроэмульсии в качестве мягкого шаблона, исследователи синтезировала кислый аморфный алюмосиликат (ААS) в форме пористой наногубки, который они назвали “аморфным цеолитом”.
Благодаря синергии между сильной кислотностью и проницаемостью AAS показал лучшую производительность, чем современные цеолиты и аморфные алюмосиликаты в ряде реальных процессов и каталитических реакций — раскрытии оксида стирола, синтезе везидрила, алкилировании Фриделя-Крафтса, синтезе жасминальдегида, изомеризации м-ксилола и крекинге кумола, для которых требуются сильные кислотные центры и большие размеры пор.
Наличие в новом материале кислотных цеолитоподобных силанольных центров, несмотря на то, что он является аморфным, а не кристаллическим, подтвердили результаты его анализа методом ядерного магнитного резонанса.
Авторы предлагают рассматривать AAS в качестве представителя нового класса материалов, находящегося между кристаллическими цеолитами и аморфными алюмосиликатами.
Исследователи считают, что на основе аморфного цеолита можно создать технологию твердокислотного катализа для одновременного разложения пластиковых отходов и углекислого газа с получением углеводородов как сырья для химической промышленности и топлива.
