Ученые разработали катализаторы для получения изобутилена с максимальным выходом

Ученые ФИЦ "Институт катализа СО РАН" при поддержке Российского научного фонда создали катализаторы для производства изобутилена, являющегося востребованным компонентом в химической промышленности. Им удалось решить проблемы дороговизны и токсичности, а доля выхода конечного продукта составила рекордные 45%.
На основе изобутилена производят растворители, аэрозоли, хладагенты, полимеры и другие ценные вещества, а также повышают качество топлив.
Объем мирового рынка изобутилена и его производных растет. В 2023 году он оценивался в 28,6 млрд. долларов, а к 2030 году прогнозируется достижение уровня в 38,9 млрд. долларов. Среднегодовой темп роста составляет 4.5%.
Несмотря на это, в России наблюдается обратная ситуация, и с 2019 года объем производства снизился на 30%. Особенно сильно это сказалось на бутилкаучуке, который выступает ключевым компонентом для автомобильной промышленности. Таким образом, отечественные технологии получения изобутилена критически важны.
В настоящее время при производстве изобутилена методом дегидрирования изобутана используют катализаторы на основе платины и хрома. И у них есть заметные недостатки. Платиновые катализаторы обладают достаточно высокой стоимостью, тогда как хромсодержащие катализаторы токсичны. Поэтому исследователи прикладывают значительные усилия в поиске недорогих и экологически безопасных катализаторов дегидрирования.
Решением стало применение оксида циркония. Долгие годы его исследовали в дегидрировании, но как носитель катализатора. И совсем недавно было обнаружено, что оксид циркония проявляет собственную высокую активность, не уступая промышленным катализаторам, но при этом доступен и не токсичен.
Оксид циркония интересен тем, что работает сам по себе, ему не нужен носитель. Он активен за счет кислородных вакансий. Чем больше активных центров дегидрирования, тем он эффективнее работает. Ученые с помощью лазера синтезировали в восстановительной атмосфере системы с увеличенным числом кислородных вакансий, запустили реакцию дегидрирования изобутана и получили один из самых высоких описанных в литературе результатов, составивший 45% выхода изобутилена.
Ученые решили попробовать испарить материал в восстановительной атмосфере и создать как можно больше кислородных вакансий. Результатом стал очень большой рост активности катализатора, полученного в атмосфере гелия и водорода.