Ученые Института катализа СО РАН разработали гопкалитовый катализатор нового поколения на основе тройного оксида меди, марганца и серебра для окисления угарного газа. Новое соединение эффективно работает в условиях влажности, чего раньше не удавалось добиться. В перспективе разработка упростит и удешевит создание каталитических блоков для пожарных систем, промышленных процессов и средств защиты органов дыхания.
Гопкалитовый катализатор представляет собой смесь оксидов меди и марганца, модифицированную благородным металлом, как правило, серебром. Он широко применяется для нейтрализации монооксида углерода (CO), который опасен для здоровья и жизни человека — при содержании в воздухе около 1% угарного газа наступает удушье. Одна из проблем использования гопкалита — его дезактивация в условиях высокой влажности. Ученые из ИК СО РАН решили эту проблему, получив новую структуру тройного оксида.
«Мы получили соединение из меди, марганца и серебра, которое сохраняет высокую активность в реакции окисления CO во влажных условиях при комнатной температуре, то есть продолжает работать в присутствии паров воды. У нашего соединения уникальная кристаллическая структура, которая описывается термином «делафоссит» — в такой структуре могут быть комбинации различных металлов, но их взаимное расположение изначально определено. Традиционно гопкалит получали из механической смеси оксидов каждого элемента. Нам удалось собрать тройной оксид, «конструктор» с определенным расположением атомов, где кислород одновременно связан с атомами серебра, меди и марганца», — рассказал автор разработки, научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН, кандидат химических наук Дмитрий Свинцицкий.
Гопкалит применяется в противогазах, в пожарных системах, для обеспечения безопасности в закрытых помещениях, в том числе на подводных лодках и космических станциях. Дожигание угарного газа необходимо в промышленных процессах, например, при производстве этилена. Также гопкалит нужен для эффективной работы фотокаталитических систем, которые очищают воздух от органических летучих соединений
.
Для стабильной работы традиционного гопкалитового катализатора можно использовать осушитель, который требует постоянного контроля, регенерации или замены. Новый тип гопкалита позволит упростить и удешевить такие системы. «Если есть дешевый катализатор, который и так работает в присутствии паров воды, то приложения будут иметь более простую конструкцию, будут меньше в размерах и проще в обслуживании», — отметил ученый.
Сейчас ученые детально исследуют новый тройной оксид — получают соединение разными способами, изучают с помощью физических методов и наблюдают за его поведением в различных реакционных условиях. В дальнейшем планируется разработать способы нанесения катализатора на различные носители.
Разработка нового поколения гопкалитового катализатора для влажного низкотемпературного окисления СО получила президентский грант для поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук в объеме 1,2 млн рублей.
редакция по материалам Института катализа СО РАН
© фото предоставлено институтом. Научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН, кандидат химических наук Дмитрий Свинцицкий
