Сотрудники Лаборатории катализа нанесёнными металлами и их оксидами Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН изучили свойств катализаторов для каталитического окисления с участием озона (ОЗКО) углеводородов и углекислого газа. Этот метод позволяет удалять из отходящих газов промышленных предприятий и отработавших газов автотранспорта летучие органические соединения (ЛОС) при низкой температуре.

Очистка отходящих газов промышленных предприятий и выхлопных газов автотранспорта от примесей летучих органических соединений является одной из важнейших задач в области охраны окружающей среды. ЛОС участвуют в атмосферных фотохимических реакциях, приводящих к образованию смога. Кроме того, большинство из них токсичны, обладают мутагенным и канцерогенным действием. К числу наиболее опасных ЛОС, в отношении которых в РФ применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды, относят алканы С₂–С₁₉, алкены С₂–С₆, ксилол, кумол, бензол, фенол, стирол и др.

Для нейтрализации ЛОС наиболее широко используются процессы термического и каталитического окисления молекулярным кислородом до СО₂ и воды, которые, однако, в ряде случаев имеют недостаточную селективность и низкую энергоэффективность, поскольку для их проведения требуются высокие температуры. В последние несколько лет значительное внимание уделяется разработке метода каталитического окисления с участием озона (ОЗКО), позволяющего удалять ЛОС даже при комнатной температуре. Такой подход является перспективным для нейтрализации толуола, бензола, формальдегида, ацетона и т.д. Кроме того, он может быть с высокой эффективностью использован даже для удаления алканов, например, метана и н-бутана, реакционная способность которых заметно ниже по сравнению с алкенами или ароматическими углеводородами.

Серия публикаций сотрудников Лаборатории катализа нанесёнными металлами и их оксидами ИОХ РАН посвящена изучению свойств катализаторов реакции ОЗКО углеводородов и СО. Так, учеными был предложен оригинальный двухзонный Mn/Al2O3||Ag/Al2O3 катализатор, в котором Mn-содержащий компонент отвечает за окисление углеводородов, а Ag-содержащий компонент – за окисление СО и разложение О₃. Подобная конфигурация каталитического блока позволяет эффективно проводить реакцию окисления ЛОС даже при низких температурах (< 100°С), а также минимизировать образование СО.

Исследователями также было изучено влияние концентрации серебра в катализаторе Ag/Al₂O₃ на его свойства в реакции ОЗКО монооксида углерода. Было показано, что увеличение количества серебра в катализаторе до 3 мас.% приводит к значительному увеличению окислительной активности СО. Сравнение каталитических данных и результатов физико-химического анализа позволило предположить, что реакция ОЗКО протекает на частицах Ag+ и относительно небольших кластерах Ag_n. Крупные кластеры Agn и наночастицы Ag, которые образуются при более высокой концентрации Ag (5 и 10 мас.% Ag), также способствуют увеличению эффективности Ag/Al₂O₃ в реакции ОЗКО CO, однако их вклад в общий механизм реакции выражен в меньшей степени. Полученные авторами результаты могут быть полезны для лучшего понимания механизма реакции ОЗКО СО и дальнейшей разработки высокоэффективных Ag-содержащих катализаторов этого процесса.

Исследования в этом направлении ведутся в рамках проекта РНФ №23-13-00214.

Результаты опубликованы в Topics in Catalysis.

Источник: ИОХ РАН.