Ученые раскрыли секрет твердых катализаторов, который поможет сделать химические процессы экологичнее

Чем твердые кислотные катализаторы лучше жидких? Их легко отделить от продукта, не создавая токсичных отходов. Но часто они менее эффективны.

Красноярские ученые нашли причину: всё решает поведение протонов на поверхности. Одни реагенты (как этилацетат) заставляют протоны концентрироваться в мощное "облако", ускоряя реакцию. Другие — наглухо блокируют активные центры.

Открытие позволит создавать "зеленые" и эффективные катализаторы для промышленности.

«В качестве примера можно рассмотреть гидролиз целлюлозы, химическую реакцию разложения вещества с участием воды. Целлюлоза — это возобновляемый источник углеводов, который можно превращать в биотопливо, полимеры и различные химикаты. Идеальными кандидатами для такой реакции являются твердые катализаторы, и наше исследование позволило заглянуть в интересный аспект их работы. Оказалось, что ключевую роль играет не сама поверхность катализатора, а «протонное облако», которое ее окружает. Твёрдая и нерастворимая целлюлоза и даже её растворимые фрагменты — не могут проникнуть в узкие поры катализатора, но протоны из диффузного слоя активно с ней взаимодействуют, запуская реакцию. Наше исследование объясняет, почему одни твердые кислоты работают хорошо, а другие нет. Всё зависит от того, как формируется и ведет себя протонное облако при контакте с реагентами. Теперь мы понимаем, что для эффективного твердого катализатора нужно создавать материалы с развитой поверхностью, которая оптимально формирует диффузный слой и не «забивается» промежуточными продуктами. Это открывает путь к целенаправленному дизайну катализаторов. Мы можем развивать этот дизайн на основе глубокого понимания физико-химических принципов», — рассказывает один из авторов исследования Виктор Голубков, младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.

Результаты открывают путь к созданию новых экологичных «зеленых» твердых катализаторов для промышленности, которые не будут образовывать солевые стоки. Подобные разработки могут стать основой для планируемого в регионе научно-производственного кампуса, который объединит научные институты, университеты и промышленные предприятия, и обеспечит быстрый переход от лабораторных исследований к реальному производству. Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

#НаукаКрасноярска #КампусБудущего #КарьераВНауке

Ученые — школьникам: как прошел Лекторий РНФ в Красноярском научном центре

С 20 по 24 октября Красноярск присоединился к масштабному Всероссийскому лекторию Российского научного фонда научного фонда (РНФ). Ученые Красноярского научного центра СО РАН, получатели грантов РНФ, встретились со школьниками и рассказали о самых передовых исследованиях, которые меняют нашу жизнь.

Мероприятия лектория прошли в базовых школах РАН, а завершились экскурсией в институты Академгородка. Всего за четыре дня в лекториях приняли участие более 300 учащихся 7-9 классов из школы №10 имени академика Ю.А. Овчинникова, лицея №7, гимназии №13 «Академ», Детского технопарка КВАНТОРИУМ и Движения Первых.

О чём говорили?

•О будущем энергии: о сверхпроводимости и термоядерных реакторах.
•О здоровье планеты: как рачки-дафнии и донные отложения озёр помогают изучать экологию и климат.
•О здоровье человека: о современных методах победы над лейкозами.

Что увидели?

В лабораториях Института физики им. Л.В Киренского СО РАН и Институте биофизики СО РАН школьникам показали как:

· Создают наночастицы для медицины.
· Перерабатывают отходы с помощью червей и тараканов для Арктики и космоса.
· Разрабатывают замкнутую систему жизнеобеспечения для лунных баз.

Посмотрите как увлекательно это было

Зола против радиации: красноярские ученые нашли неожиданное решение для переработки опасных отходов

Что, если мы скажем вам, что обычная зола от сжигания угля может помочь в решении одной из самых сложных проблем атомной энергетики? Ученые из Красноярского научного центра СО РАН разработали уникальный материал, который способен безопасно «запечатывать» радиоактивные отходы. И сделали они его из угольной золы.

Исследователи создали специальные композитные сорбенты на основе полых микросфер из золы (ценосфер). Эти материалы, как умная губка, могут одновременно «вылавливать» из растворов опасные изотопы цезия и стронция — одни из самых проблемных продуктов атомной промышленности. Но и это еще не всё! После того как сорбент выполнил свою работу, его можно превратить в прочную минералоподобную форму. Проще говоря, прогнав через высокотемпературную обработку, ученые получают стабильный искусственный минерал, в кристаллическую решетку которого намертво встроены радиоактивные «гости». Развитие атомной энергетики невозможно без разработки технологий переработки радиоактивных отходов.

Почему это важно?

Безопасность: такие минералоподобные матрицы чрезвычайно устойчивы и идеально подходят для долгосрочного и безопасного захоронения в глубинных геологических хранилищах, подобных строящемуся вблизи Железногорска объекта окончательной изоляции РАО 1 и 2 классов.

Экология: технология решает две проблемы сразу — утилизирует угольную золу и перерабатывает радиоактивные отходы.

Эффективность: это еще один важный шаг к созданию комплексных технологий для переработки больших объемов жидких радиоактивных отходов.

«В результате ряда химических преобразований мы впервые получили из присутствующих в угольной золе ценосфер композитные частицы, в состав которых входят цеолит типа анальцим и гидратированный диоксид циркония, связывающие цезий и стронций из раствора. Также мы определили условия, в которых формируются композитные частицы с повышенной сорбционной способностью, и условия их кристаллизации в устойчивую минералоподобную матрицу. Мы разработали различные составы композитных частиц на основе ценосфер для улавливания из отходов не только радионуклидов цезия и стронция, но и актиноидов. В работе были использованы растворы нерадиоактивных изотопов, которые близки по своим свойствам к отходам ядерной промышленности. На следующем этапе необходимо проверить эффективность полученных композитов на растворах с радиоактивными изотопами этих химических элементов», — рассказала о результатах работы доктор химических наук ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Татьяна Верещагина.

Представленные результаты — это часть комплексной работы красноярских химиков по разработке технологий обращения с радиоактивными отходами с использованием микросферических компонентов зольных отходов тепловой энергетики. Ранее, используя алюмосиликатные микросферы, они показали возможность отверждения жидких радиоактивных отходов, содержащих цезий и стронций, в одностадийном автоклавном процессе. Шаг за шагом исследователи приближаются к решению задачи по эффективной переработке больших объемов радиоактивных отходов.

Подобные разработки могут стать основой для планируемого в регионе научно-производственного кампуса, который объединит научные институты, университеты и промышленные предприятия, и обеспечит быстрый переход от лабораторных исследований к реальному производству. Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

#НаукаКрасноярска #КампусБудущего #КарьераВНауке