Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» разработали процесс каталитической переработки трихлорэтилена и токсичных отходов на его основе в углеродные наноматериалы. Этот способ утилизации — альтернатива сжиганию или захоронению, которые наносят экологии большой вред. Получаемые углеродные нановолокна можно использовать как для улучшения физико-механических свойств полимеров и смазок, так и в качестве носителя катализаторов.
Трихлорэтилен — хлорорганическое соединение, которое применяют как средство для обезжиривания металлов и химчистки тканей, в производстве инсектицидов, лекарств, смол и красителей. Вещество имеет третий класс опасности, и пока нет широко внедренных способов его утилизации в промышленных масштабах, кроме сжигания и захоронения. При сжигании помимо прочих веществ выделяется фосген — высокотоксичный газ, отравляющий атмосферу.
В Институте катализа СО РАН, продолжая идеи одного из его основателей Романа Алексеевича Буяноваexternal link, opens in a new tab, разработали способ получения углеродных наноматериалов из легких алифатических углеводородов, а затем адаптировали данную методику для разложения хлорорганических соединений. Сначала трубчатый реактор, где помещен катализатор на основе никеля с добавлением промотирующей добавки (молибдена, вольфрама, палладия или олова), нагревают до 550–650 °C. Затем через установку пропускают смесь трихлорэтилена, аргона и водорода (водород предотвращает блокировку поверхности катализатора хлором). В результате получается углеродный наноматериал в виде нановолокон, а образующуюся соляную кислоту на выходе из реактора нейтрализуют щелочью.
Предложенный способ утилизации отходов на основе трихлорэтилена позволяет избежать образования побочных токсичных соединений, а такие продукты, как соляная кислота и летучие хлоруглеводороды, можно внедрить в производственный цикл. Например, особенно перспективной предложенная технология может стать для заводов по производству винилхлорида, где образуется большое количество хлорорганических отходов и есть потребность в соляной кислоте. Углеродные нановолокна, получаемые в процессе пиролиза хлоруглеводородов, могут найти широкое применение.
«Существует много направлений, где можно использовать углеродные наноматериалы. Сейчас мы работаем над созданием модифицированных полимерных композитов. Также наш материал оказался перспективным адсорбентом для очистки воды от хлорароматических загрязнений — он обладает высокой удельной поверхностью и пористостью. Еще одно разрабатываемое направление — присадки в смазочные материалы для улучшения триботехнических показателей», — рассказывает соавтор разработки, младший научный сотрудник отдела материаловедения и функциональных материалов Арина Потылицына.
Интересная для катализа перспектива — использовать углеродные материалы в качестве носителя катализаторов. Ученые предложили совместить стадию получения углеродного носителя и этап нанесения катализатора. Концепция одностадийного синтеза металл-углеродных композитов, где частицы катализатора закреплены в структуре углеродных нановолокон, уже активно разрабатывается. Подобные композитные системы можно будет использовать, например, в электрохимических приложениях.