08.06.2021 - RUDN University

Chemiker entwickeln billige Katalysatoren für die Ethanolumwandlung

Wichtige Etappe bei der Entwicklung einer alternativen Technologie zur Gewinnung wertvoller chemischer Syntheseprodukte auf der Basis pflanzlicher Rohstoffe

Chemiker der RUDN Universität schlugen einen neuen Weg zur Synthese von Katalysatoren für die Umwandlung von Ethylalkohol vor. Die erhaltenen Materialien sind vielversprechende Katalysatoren für die selektive Umwandlung von Ethanol, was eine wichtige Etappe in der Entwicklung einer alternativen Technologie zur Gewinnung wertvoller chemischer Syntheseprodukte auf der Basis pflanzlicher Rohstoffe darstellt.

Ethanol als Kraftstoff ist Ethylalkohol, er wird aus pflanzlichem Material durch Fermentation von industrieller oder landwirtschaftlicher Abfallbiomasse hergestellt. Er wird als umweltfreundlicherer Kraftstoff im Vergleich zu Benzin verwendet. Aber das ist nicht seine einzige Verwendung - Ethanol kann in Acetaldehyd, Diethylether und andere Chemikalien umgewandelt werden, die in der Industrie gefragt sind. Um solche chemischen Reaktionen auszulösen, werden hocheffiziente Katalysatoren benötigt. Bestehende Katalysatoren enthalten jedoch Edelmetalle und sind daher zu teuer in der Anwendung. Chemiker der RUDN Universität schlugen neue Katalysatoren vor, die auf Aluminium und Zirkonium basieren und mit Kupfer modifiziert sind.

"Die bekanntesten Katalysatoren für die Ethanolumwandlung basieren auf Oxyden, die durch Edelmetalle gefördert werden. Sie sind jedoch recht teuer. Eine erschwinglichere Option sind Katalysatoren mit Kupfer als aktiver Phase, aber bisher wurde die beste Option unter ihnen noch nicht gefunden. Bei der Verwendung dieser Katalysatoren sind Verbesserungen erforderlich, um sowohl eine hohe Umwandlung als auch eine hohe Selektivität der Reaktion zu gewährleisten - das heißt, so wenig Ethanol wie möglich unverarbeitet zu lassen und gleichzeitig die benötigten Substanzen und keine Nebenprodukte zu erhalten", erklärt Anna Zhukova, assoziierte Professorin, PhD, vom Department für Physikalische und Kolloidale Chemie der RUDN-Universität

Die RUDN-Chemiker kombinierten zwei Ansätze, um die Effizienz der Katalysatoren für die Acetaldehydsynthese zu verbessern. Zunächst kombinierten sie Oxide mehrerer Metalle in Nanokompositen: Aluminium, Cer und Zirkonium. Die Forscher synthetisierten fünf Arten von Pulvern mit unterschiedlichen Oxidverhältnissen. Fünf davon wurden bei einer relativ niedrigen Temperatur von 180°C hergestellt, fünf weitere wurden auf 950°C erhitzt. Dadurch war es möglich, unterschiedliche Strukturen in den Materialien zu bilden. Die kalzinierten Proben hatten einen großen Durchmesser und ein großes Porenvolumen.

Die zweite Idee war, Kupfer hinzuzufügen. Alle Pulver wurden in einer wässrigen Lösung von Kupfernitrat getränkt, bei Raumtemperatur getrocknet und bei 400 °C einem Wasserstoffstrom ausgesetzt. Danach wurden die fertigen Katalysatoren in der Ethanol-Dampf-Dehydrierungsreaktion getestet. Die Chemiker legten sie in einer dünnen Schicht auf einen porösen Filter und führten dann Alkoholdämpfe im Heliumstrom zu. Die Reaktion wurde bei Temperaturen von 240°C bis 360°C durchgeführt.

"Alle erhaltenen Systeme zeigten eine hohe Alkoholumwandlung und Selektivität zu Acetaldehyd. Die kupferhaltigen Katalysatoren mit 5% Aluminiumoxid produzierten signifikante Mengen an Acetaldehyd mit einer Selektivität von über 80% bei 3600C. Wir fanden heraus, dass die gemischte Zusammensetzung der Oxide Bedingungen für die Bildung von aktiven Zentren auf der Oberfläche des Katalysators aus Kupferionen mit unterschiedlichen Ladungen schafft. Die beste Möglichkeit ist es, bei der Synthese des Katalysators eine Mischung von Oxiden mit einem geringen Gehalt an Aluminium zu verwenden und diese bei 950°C zu kalzinieren", Anna Zhukova von der RUDN Universität.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über RUDN University