image: RUDN University chemists proposed a new way to synthesize catalysts for the conversion of ethyl alcohol. The obtained materials are promising catalysts for the selective conversion of ethanol, which is an important stage in the development of an alternative technology for obtaining valuable chemical synthesis products based on plant raw materials. view more
Credit: RUDN University
Des chimistes de RUDN University ont proposé de synthétiser des catalyseurs pour le traitement de l'alcool éthylique d'une nouvelle manière. Les matériaux obtenus sont des catalyseurs prometteurs pour la conversion sélective du bioéthanol, qui est une étape importante dans le développement d'une technologie alternative pour l'obtention de produits de synthèse chimique de valeur à base de matières premières végétales. Les résultats de la recherche sont publiés dans Catalysis Today.
Bioéthanol - alcool éthylique, qui est obtenu à partir de matières végétales, par fermentation de la biomasse de déchets industriels ou agricoles. Il est utilisé comme un carburant plus respectueux de l'environnement par rapport à l'essence. Mais ce n'est pas la seule option. L 'éthanol peut être transformé en acétaldéhyde, éther diéthylique et autres composés chimiques demandés dans l'industrie. Pour déclencher de telles réactions chimiques, des catalyseurs hautement efficaces sont nécessaires. Cependant, les catalyseurs existants contiennent des métaux nobles et sont donc trop coûteux à utiliser. Des chimistes de RUDN University ont proposé de nouveaux catalyseurs à base d'aluminium et de zirconium, modifiés avec du cuivre.
« Les catalyseurs les plus connus pour la conversion de l'éthanol sont basés sur des oxydes promus avec des métaux nobles. Cependant, ils sont assez chers. Une option plus abordable est les catalyseurs avec du cuivre comme phase active, mais la meilleure option n'a pas encore été trouvée parmi eux. Des améliorations sont nécessaires pour assurer à la fois une conversion élevée et une sélectivité de la réaction à l'aide de ces catalyseurs, c'est-à-dire laisser le moins d'éthanol possible non traité et en même temps obtenir les substances nécessaires, et non des sous-produits «, Anna Zhukova , Candidat en Sciences Chimiques, Professeur Associé du Département de Chimie Physique et Colloïdale à RUDN University.
Les chimistes de RUDN University ont combiné deux approches pour augmenter l'efficacité des catalyseurs pour la création d'acétaldéhyde. Premièrement, ils ont combiné des oxydes de plusieurs métaux dans des nanocomposites : aluminium, cérium et zirconium. Les chercheurs ont synthétisé cinq types de poudres avec différents ratios d'oxydes. De plus, une série de cinq types de composés a été préparée à une température relativement basse de 180 °C, et la seconde a été chauffée à 950 °C. Cela a permis de former différentes structures dans les matériaux. Les échantillons calcinés avaient un diamètre et un volume de pores importants.
La deuxième idée était d'ajouter du cuivre. Toutes les poudres ont été imprégnées d'une solution aqueuse de nitrate de cuivre, séchées à température ambiante et exposées à un courant d'hydrogène à une température de 400°C. Après cela, les catalyseurs finis ont été testés dans la réaction de déshydrogénation des vapeurs d'éthanol. Ils ont été placés en couche mince sur un filtre poreux, puis de la vapeur d'alcool a été fournie dans un flux d'hélium. La réaction a été effectuée à des températures de 240 °C à 360 °C.
Tous les nanocomposites ont montré une activité catalytique, mais les taux de conversion et de sélectivité étaient différents. A la même température, mais avec des catalyseurs différents, le rendement en acétaldéhyde était de 32 à 95 %, et la fraction d'éthanol traité était de 17 à 57 %. La plupart du produit cible a été obtenu en utilisant des catalyseurs avec 5 % d'alumine dans la composition.
« Les échantillons de catalyseurs à base de cuivre avec 5 % d'alumine ont montré la sélectivité la plus élevée sur toute la plage de températures. Nous avons constaté que la composition mixte d'oxydes crée des conditions pour la formation de centres de réaction à la surface du catalyseur à partir d'ions de cuivre avec des charges différentes. La meilleure option est d'utiliser un mélange d'oxydes à faible teneur en aluminium dans la synthèse du catalyseur et de les calciner à 950°C », explique Anna Zhukova, candidate en chimie, professeure agrégée du Département de chimie physique et colloïdale, RUDN University.
###
Journal
Catalysis Today