Новый материал,напоминающий губку черный, хрупкий и сублимированный обладает весьма интересными свойствами. Он разработан химиками Северо-западного университета и может удалять ртуть из загрязненной воды, легко отделять водород от других газов и что самое интересное является более эффективным катализатором, чем существующие для извлечения серы из сырой нефти.
Гидродесульфаризация широко используемый каталитический химический процесс, который удаляет серу из природного газа и очищенных нефтепродуктов, например,бензина или дизеля или реактивного топлива. Без этого процесса, который высоко оптимизирован, мы сожгли бы серу, которая бы внесла свой вклад в кислотные дожди.
Ученые пробовали улучшить гидродесульфаризацию, но безуспешно. Многие считают ее оптимальным процессом. Северо-западные исследователи, в сотрудничестве с коллегами в Западном Вашингтонском Университете, сообщают, что их материал в два раза активнее обычного катализатора, используемого в гидродесульфаризаци, в то же самое время будучи изготовленным из тех же самых частей.
Материал, сера-молибден-кобальт, является новым классом халькогелей, которые были открыты только несколько лет назад в Северо-западном университете. (Халькогели - регулярная сеть атомов металла-серы с очень большой поверхностной областью.) новый халькогель, изготовленнный из распространенных элементов, устойчив к воздействию воздуха или воды и может использоваться как порошок.
Подробная информация о халькогеле и его свойствах будет издана в онлайновом журнале "Химия Природы" 17 мая. Это - первое сообщение о халькогеле, используемого для катализа и газового разделения.
"Я был удивлен при огромной производительностью нашего катализатора, учитывая то, как трудно улучшить гидродесульфаризацию," говорит Меркоери Г. Канатзидис, главный автор исследования. "В принципе, наш катализатор мог обработать и десульфаризировать вдвое больше сырой нефти, чем такое же количество обычного катализатора. Мы в настоящее время проводим исследования, чтобы видеть, как будет катализатор работаеть при промышленных объемах."
Канатзидис . и профессор химии Эмма Х. Морризона из Колледже Искусств и Наук имени Вейнберга, и докторант Сантана Бэг делают их катализатор, используя метод отличный от производства обычного катализатора.
Халькогель, изготовленный из кобальта, никеля, молибдена и серы, подвергается сублимации и получается подобный губке материал с очень высокой поверхностной областью. (Один кубический сантиметр имеет приблизительно 10 000 квадратных футов поверхностной области, или что составляет приблизительно половину футбольного поля). Высокая поверхностная область и стабильность материала при каталитических условиях, которые делают серу молибдена-кобальта халькогеля, очень активной.
Исследователи также демонстрировали, что новый халькогель впитывает ядовитые тяжелые металлы из загрязненной воды как никакой другой материал. Халькогель удалил почти 99 процентов ртути из загрязненной воды, содержащей несколько частей на миллион. Ртуть любит связывать с серой, а халькогель полон атомов серы.
Два года назад, Канатзидис и Бэг сообщили о халькогеле, который мог удалить ртуть из жидкости, но этот халькогель содержал дорогую платину; новый халькогель содержит только недорогие элементы - кобальт и никель, заменяющие платину. Кобальт и никель связываются через атомы серы в тиомолибдат, что создает трехмерную пористую сеть.
"Мы сделали самое трудное: заменили платину и используем только простые материалы, чтобы создать гель," сказал Канатзидис. "Мы нашли условия получить свойства, которые мы хотели. Ключ изменял растворитель от воды до formamide."
В дополнение к тому, чтобы быть лучшим катализатором гидродесульфаризации и ртутной губкой, халькогель также очень эффективен при разделении газов. Исследователи показали, что материал легко удаляет углекислый газ из водорода, применение, которое может быть полезно в водородной энергетике.
Газовый процесс разделения использует в своих интересах 'мягкие' атомы серы поверхности халькогеля. Эти атомы любят взаимодействовать с другими мягкими проходящими мимо молекулами, замедляя их, как они проходят. Водород, наименьший элемент, является 'твердой' молекулой. Это проносится прямо через, в то время как более мягкие молекулы как углекислый газ занимают больше времени.
В дополнение к Канатзидис и Бэг, другие авторы исследованиябумаги - профессор химии Марк Э. Буссель и аспирант Эми Ф. Годетт Западный Вашингтонский Университет.
|
