Катализатор из наночастиц палладия и оксида железа прямо превращает продукты разложения биомассы в метанол, что позволит избежать дорогостоящих промежуточных этапов синтеза, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.Сейчас не существует относительно дешевых или экологически чистых способов производства метанола из биомассы. Поэтому основным сырьем для метанола выступает не растительное сырье, а метан в составе природного газа. При синтезе спирта молекулы метана превращаются в так называемый "синтез-газ" - смесь водорода (H2) и угарного газа (СО), соединение которых и является метанолом (СН3ОН). Группа химиков под руководством Шика Цанга (Shik Tsang) из Оксфордского университета (Великобритания) открыла экономически эффективный способ синтеза метанола, экспериментируя с катализаторами из частиц металлов и их оксидов. В качестве исходного материала для синтеза метанола авторы статьи опробовали этиленгликоль - простейшее органическое соединение, которое можно легко получить из биомассы.
Цанг и его коллеги обнаружили, что смесь из оксида железа и палладия взаимодействует с молекулами этиленгликоля и разбивает их на две части. Каждая из них состоит из атома углерода, присоединенных к нему двух атомов водорода и гидроксил-радикала (СН2ОН). Иными словами, для формирования молекулы метана не хватает лишь одного атома водорода.Как объясняют ученые, присоединить атом водорода к "половинке" этиленгликоля не так просто - радикал СН2ОН не стабилен по своей природе - он может разложиться дальше с превращением в метан или углекислый газ, или же превратиться в исходную молекулу этиленгликоля. Поэтому атом водорода должен присоединиться к радикалу в первые мгновения после распада молекулы этиленгликоля. Руководствуясь этой идеей, химики приготовили катализатор из оксида железа и палладия. Цанг и его коллеги брали небольшие порции нитратов палладия и железа, высыпали их в пробирку с водой и по каплям добавляли в нее раствор обычной соды. На следующий день на дне сосуда возникал осадок, представлявший собой соединение оксида железа и палладия. На финальном этапе изготовления химики высушивали его в печи и размельчали в мелкую пудру. Такие частицы имели особую структуру - наночастицы палладия были окружены "решеткой" из молекул оксида железа. Оба этих вещества выполняют разные функции - оксид железа разрывает связи внутри этиленгликоля, а палладий играет роль хранилища атомарного водорода. Получив катализатора, химики проверили его в деле. По словам ученых, особое устройство частиц катализатора благотворно сказалось на реакции - экспериментальный реактор превращал до 50% этиленгликоля в метанол, а 25% - в обычный этиловый спирт.
Как отмечают Цанг и его коллеги, их методика значительно дешевле, чем производство метанола из синтез-газа, и при этом она может использоваться для прямого превращения биомассы в биотопливо. Это позволит ей потеснить традиционные методы производства биотоплива в ближайшее время, считают химики.
| 