50 Панорама печати
И КАТАЛИЗАТОР, И СОРБЕНТ
Казалось бы, ускорение химических реакций и поглощение токсических веществ — две разные задачи. Но и ту, и другую способен решать материал, созданный в научном центре «Катализ в химической технологии» Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева (Москва), — пористая керамическая матрица легко превращается как в катализатор, так и в сорбент. Проект «Направленный синтез высокопористых и высокопроницаемых каталитических систем ячеистой структуры для процессов каталитической очистки сбросных газов химических и металлургических производств от СО, СН и N0^» реализован в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы». Об этой разработке, имеющей перспективы разнообразного применения, на страницах электронного издания «Наука и технологии России — STRF.ru» рассказал журналист Михаил Петров.
«В основе предложенной нами системы — высокопрочный керамический каркас, — поясняет руководитель проекта доктор технических наук Владимир Грунский и показывает образцы материалов — на вид это шершавые приземистые цилиндры, напоминающие пемзу или застывшую коралловую губку. — Чтобы его получить, мы берем пенополиуретановую матрицу и пропитываем ее нужным шликером — суспензией для получения керамики. А потом в сложных термических условиях удаляем полимер и одновременно спекаем твердую фазу шликера. В результате каркас дублирует пористую структуру матрицы и получается непрерывным по газовой и твердой фазе. Проще говоря, все ячейки и полости в нем проточные».
В качестве керамики ученые предпочитают корунд — он устойчив в любых средах (в том числе кислотных и
Пенополиуретановые матрицы. Керамический каркас дублирует систему пор этих заготовок.
Панорама печати 51
щелочных) и выдерживает высокие температуры. Но именно поэтому его очень нелегко спечь. «Обычно корунд спекается при 1700оС, а нам это удалось при 1500оС. Описать невозможно, каким трудом это далось! — Грунский вспоминает перипетии поисков. — Это, знаете, наше ноу-хау — связующими, армирующими и другими добавками, хитрыми температурными режимами мы выиграли 200 градусов».
Но на этом трудности с корундом не заканчиваются. Для эффективного катализа или сорбции материал должен обладать большой площадью удельной поверхности, а у корунда она всего около 2 м2/г, т.е. практически ничто по сравнению, например, с активированным углем, у которого она составляет 1000 м2/г. А потому на последней стадии подготовки керамического каркаса его модифицируют различными углеродными материалами. И, скажем, с использованием нанотрубок площадь удельной поверхности вырастает до 600 м2/г.
«После такого развития поверхности нам остается только определиться с целями, — профессор Грунский подводит к кульминации проекта, в которой невзрачные разноцветные цилиндрики начинают обретать свое место в реальном мире. — Хотим получить каталитическую систему — добавляем в керамическую матрицу соответствующие каталитические комплексы, а если речь идет о фильтрах-сорбентах, то наносим на поверхность каркаса сорбционно-активный материал. И тут, кстати, у нас есть очень интересные предложения по применению разработки. Вот представьте, тридцатиградусная жара, по железной дороге идет тепловоз. Из его дизельного двигателя вылетает искра, падает на сухую траву и она вспыхивает. Для предупреждения такой ситуации и пригодятся наши фильтры—нейтрализаторы выхлопных газов — они будут улавливать сажу с прочими токсикантами и одновременно предотвращать возгорания. Недавно мы подписали договор с подмосковным Коломенским тепловозостроительным заводом на промышленные испытания этой разработки».
Новый подход также доказал свою эффективность в тестах на дизелях автомобилей КамАЗ, и в ближайшее время планируется провести испытания на заводском стенде. Одновременно с этим ученые работают над созданием сорбционных фильтров для улавливания радионуклидов от переработки ядерного топлива.
Предложенная специалистами Российского химико-технологического университета система выгодно отличается от существующих аналогов тем, что реакции в ней проходят в непрерывном режиме, а реагенты не смешиваются с катализаторными веществами. На основе этой разработки можно упростить многие технологические процессы синтеза веществ и, например, исключить из них стадию фильтрации. Но, как это часто бывает, внедрению новшества в технологический процесс мешают административные трудности.
«Главная проблема сегодняшнего дня — низкая заинтересованность предприятий в новых разработках, — не скрывает своей озабоченности Грунский. — Промышленники предпочитают готовые, хотя часто и устаревшие решения из зарубежья. Так что пока у нас в стране не будут созданы мощные инженерные центры по продвижению перспективных отечественных ноу-хау, все останется по-прежнему».
Петров М. Двуликий и полезный: и катализатор, и сорбент. — Электронное издание «Наука и технологии России — STRF.ru», 22 апреля 2013 г.
Иллюстрации с сайта STRF.ru
Материал подготовил Сергей МАКАРОВ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.