Новый катализатор: Катализаторы для автомобиля купить в Москве по выгодной цене с доставкой по всей России

Содержание

Новый катализатор может значительно сократить выбросы метана из миллионов двигателей

Отдельные атомы палладия, прикрепленные к поверхности катализатора, могут удалить 90% несгоревшего метана из выхлопных газов двигателей, работающих на природном газе, при низких температурах, сообщили ученые в журнале Nature Catalysis.

По их словам, хотя необходимо провести дополнительные исследования, прогресс в области одноатомного катализа может снизить выбросы выхлопных газов метана, одного из худших парниковых газов, который удерживает тепло примерно в 25 раз больше, чем углекислый газ.

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Университета штата Вашингтон показали, что катализатор удаляет метан из выхлопных газов двигателей как при более низких температурах, при которых двигатели запускаются, так и при более высоких температурах, при которых они работают наиболее эффективно, но где катализаторы часто выходят из строя.

«Это почти саморегулирующийся процесс, который чудесным образом преодолевает проблемы, с которыми боролись люди, – бездействие при низких температурах и нестабильность при высоких температурах», — сказал Йонг Ван, профессор-регент Школы химической инженерии и биоинженерии имени Джина и Линды Войланд в WSU и один из четырех ведущих авторов статьи.

Двигатели, работающие на природном газе, используют от 30 до 40 миллионов автомобилей по всему миру и популярны в Европе и Азии. Газовая промышленность также использует их для работы компрессоров, которые качают газ в дома людей. Они, как правило, считаются более чистыми, чем бензиновые или дизельные двигатели, создавая меньше выбросов углерода и твердых частиц.

Однако при запуске двигателей, работающих на природном газе, они выделяют несгоревший, улавливающий тепло метан, потому что их каталитические нейтрализаторы плохо работают при низких температурах. Современные катализаторы для удаления метана либо неэффективны при более низких температурах выхлопных газов, либо сильно разлагаются при более высоких температурах.

«Существует большое стремление к использованию природного газа, но когда вы используете его для двигателей внутреннего сгорания, в выхлопных газах всегда будет несгоревший природный газ, и вы должны найти способ удалить его. Если нет, вы вызовете более сильное глобальное потепление», — сказал соавтор Фрэнк Абилд-Педерсен, научный сотрудник SLAC и содиректор Лаборатории SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, которая управляется совместно со Стэнфордским университетом. «Если вы можете удалить 90% метана из выхлопных газов и сохранить стабильность реакции, это потрясающе».

Ван добавил, что катализатор с отдельными атомами химически активного металла, диспергированными на подложке, также использует каждый атом дорогого и драгоценного металла.

В своей работе исследователи показали, что их катализатор, изготовленный из отдельных атомов палладия на носителе из оксида церия, эффективно удалял метан из выхлопных газов двигателя даже при холодном запуске двигателя.

Они также обнаружили, что следовые количества монооксида углерода, которые всегда присутствуют в выхлопных газах двигателя, играют ключевую роль в динамическом формировании активных центров реакции при комнатной температуре. Монооксид углерода помог одиночным атомам палладия мигрировать, образуя двух- или трехатомные кластеры, которые эффективно расщепляют молекулы метана при низких температурах.

Затем, по мере повышения температуры выхлопных газов, кластеры распадались на отдельные атомы и повторно диспергировались, так что катализатор был термически стабилен. Этот обратимый процесс позволил катализатору работать эффективно и использовать каждый атом палладия в течение всего времени работы двигателя, в том числе при холодном запуске.

«Нам действительно удалось найти способ сохранить стабильность и высокую активность палладиевого катализатора на носителе и, благодаря разнообразному опыту команды, понять, почему это происходит», — сказал штатный научный сотрудник SLAC Кристофер Тассоне.

Исследователи работают над дальнейшим усовершенствованием технологии катализаторов. Они хотели бы лучше понять, почему палладий ведет себя одним образом, а другие драгоценные металлы, такие как платина, ведут себя иначе.

Исследованию предстоит пройти долгий путь, прежде чем оно будет внедрено в автомобили, но исследователи сотрудничают с партнерами по отрасли, а также с Тихоокеанской Северо-Западной национальной лабораторией Министерства энергетики США, чтобы приблизить работу к коммерциализации.

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

Новый катализатор для эффективной переработки CO2 — 27 декабря 2021 года

27 декабря 2021 годаНаука, Достижения науки, Научное сообщество

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» представил новый катализатор на основе нитрида бора и наночастиц железа и платины, демонстрирующий высокую степень переработки углекислого газа: конверсия СО2 составила 25% при температуре 350 С, что в 10-15 раз выше, чем для типичного катализатора на основе железа. Катализатор может быть широко использован в металлургии, на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Journal of Catalisys.

Рост концентрации парниковых газов — одна из основных причин роста среднегодовой температуры и глобальная мировая проблема. Снижение уровня выделения СО2 является одной из самых актуальных долгосрочных задач человечества и серьезной задачей для научного сообщества.

На сегодняшний день существуют два основных способа производства катализаторов для переработки углекислого газа: с использованием благородных металлов — эффективный, но дорогой, и без них — дешевый, с заметно сниженными характеристиками.

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» предложил компромиссное решение — взять за основу катализатора недорогое железо, снизив содержание благородных металлов, в данным случае платины, до менее 1 атомного %.

Но и при реализации предложенного решения есть сложность — биметаллические наночастицами железо-платина при повышенных температурах показывают высокую склонность к слипанию (агломерации). Удельная поверхность частиц при этом падает, что негативно сказывается на каталитических свойствах.

«Мы впервые использовали нитрид бора в качестве носителя для каталитически активных наночастиц железо-платина. Одна из особенностей полученного гетерогенного материала состоит в том, что после синтеза размер частиц железо-платина составляет всего 2 нанометра. За счет столь малого размера эти частицы распределяются по поверхности нитрида бора очень равномерно. Но, что еще более интересно, в ходе каталитического процесса размер частиц железо-платина, возрастает, но не сильно (в среднем до 8 нанометров). Мы считаем, что это одна из причин, которая позволяет материалу показывать столь высокие каталитические свойства», — рассказывает соавтор работы научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматерилы» НИТУ «МИСиС», к.т.н., Антон Конопацкий.

В работе коллектив показал уникальный в своем роде механизм стабилизации наночастиц железо-платина: при повышенных температурах тонкие листы нитрида бора оборачивались вокруг частиц. В результате формировались гетерогенные частицы со структурой типа «ядро-оболочка» и их агломерация значительно замедлялась.

«Мы использовали сравнительно простую методику химического синтеза наших катализаторов. Одним из наиболее важных шагов было равномерное диспергирование исходных материалов в среде синтеза. За изменениями в структуре синтезированного материала наблюдали в in situ режиме в колонне просвечивающего электронного микроскопа при температуре 500 С. Это позволило? в некотором приближении? представить нам, что происходит с материалом в ходе катализа», — добавляет Антон Конопацкий.

Полученный материал может найти применение на любых предприятиях с массовыми выбросами СО2.

Это химические, нефтеперерабатывающие предприятия, металлургические заводы, целлюлозная промышленность и многое другое.

Основным продуктом реакции переработки СО2 с применением полученного катализатора является СО (угарный газ), который может повторно применяться в промышленных процессах. Однако, по словам разработчиков, с экономической точки зрения больший интерес представляет получение из СО сложных углеводородов с большой добавленной стоимостью. Именно этой задачей планирует заняться коллектив в продолжение исследований.

НИТУ МИСИС запускает новый онлайн-курс на edX
27 декабря Новый катализатор для эффективной переработки CO2
27 декабря Предложено решение главной проблемы углеродных нанотрубок

Новости

20 июля

Девять молодежных проектов НИТУ МИСИС получили гранты РНФ

18 июля

Новый препарат для фотодинамической терапии рака продлил жизнь мышей

Читать все новости

Новый катализатор может значительно снизить загрязнение метаном миллионов двигателей

20 июля 2023 г.

Исследователи продемонстрировали способ удаления сильнодействующего парникового газа из выхлопных газов двигателей, работающих на природном газе.

Хотя необходимо провести дополнительные исследования, по их словам, прогресс в области одноатомного катализа может снизить выбросы выхлопных газов метана, одного из худших парниковых газов, который улавливает тепло примерно в 25 раз быстрее, чем углекислый газ.

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Университета штата Вашингтон показали, что катализатор удаляет метан из выхлопных газов двигателей как при более низких температурах, когда двигатели запускаются, так и при более высоких температурах, когда они работают наиболее эффективно, но когда катализаторы часто выходят из строя.

«Это почти самомодулирующийся процесс, который чудесным образом преодолевает проблемы, с которыми люди боролись — низкотемпературную бездеятельность и высокотемпературную нестабильность», — сказал Йонг Ван, профессор Regents в Школе химической инженерии и биоинженерии Джина и Линды Войланд WSU и один из четырех ведущих авторов статьи.

Растущий источник загрязнения метаном

Двигатели, работающие на природном газе, питают от 30 до 40 миллионов автомобилей по всему миру и популярны в Европе и Азии. Газовая промышленность также использует их для работы компрессоров, которые качают газ в дома людей. Обычно они считаются более чистыми, чем бензиновые или дизельные двигатели, поскольку создают меньше выбросов углерода и твердых частиц.

Однако, когда двигатели, работающие на природном газе, запускаются, они выделяют несгоревший, улавливающий тепло метан, потому что их каталитические нейтрализаторы плохо работают при низких температурах. Современные катализаторы для удаления метана либо неэффективны при более низких температурах выхлопных газов, либо сильно разлагаются при более высоких температурах.

«Существует большое стремление к использованию природного газа, но когда вы используете его для двигателей внутреннего сгорания, в выхлопных газах всегда будет несгоревший природный газ, и вы должны найти способ его удалить. В противном случае вы вызовете более сильное глобальное потепление», — сказал соавтор Фрэнк Абилд-Педерсен, штатный научный сотрудник SLAC и содиректор Лаборатории SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, которая управляется совместно со Стэнфордским университетом. «Если вы можете удалить 90% метана из выхлопных газов и поддерживать стабильную реакцию, это потрясающе».

Катализатор с отдельными атомами химически активного металла, диспергированными на носителе, также использует каждый атом дорогого и драгоценного металла, добавил Ван.

«Если вы можете сделать их более реактивными, — сказал он, — это будет вишенкой на торте».

Неожиданная помощь от коллеги-загрязнителя

В своей работе исследователи показали, что их катализатор, изготовленный из отдельных атомов палладия на носителе из оксида церия, эффективно удалял метан из выхлопных газов двигателя, даже когда двигатель только запускался.

Они также обнаружили, что следовые количества монооксида углерода, которые всегда присутствуют в выхлопных газах двигателя, играют ключевую роль в динамическом формировании активных центров реакции при комнатной температуре. Угарный газ помог отдельным атомам палладия мигрировать с образованием двух- или трехатомных кластеров, которые эффективно разрушают молекулы метана при низких температурах.

Затем, по мере повышения температуры выхлопных газов, кластеры распадались на отдельные атомы и повторно диспергировались, так что катализатор был термически стабилен. Этот обратимый процесс позволил катализатору эффективно работать и использовать каждый атом палладия на протяжении всего времени работы двигателя, в том числе при холодном пуске.

«Нам действительно удалось найти способ сохранить стабильность и высокую активность нанесенного палладиевого катализатора, а благодаря разностороннему опыту команды понять, почему это происходит», — сказал штатный научный сотрудник SLAC Кристофер Тассоне.

Исследование должно пройти еще много времени, прежде чем оно будет помещено в автомобиль, но исследователи сотрудничают с отраслевыми партнерами, а также с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией Министерства энергетики США, чтобы приблизить работу к коммерциализации.

Наряду с Ваном, Абилдом-Педерсеном и Тассоне работу также возглавлял Донг Цзян, старший научный сотрудник школы Voiland WSU. Работа финансировалась Управлением науки Министерства энергетики США и включала исследования, проведенные в Стэнфордском источнике синхротронного излучения (SSRL) SLAC, Усовершенствованном источнике фотонов Аргоннской национальной лаборатории (APS) и Национальном научно-вычислительном центре энергетических исследований (NERSC), которые являются пользовательскими объектами Управления науки Министерства энергетики США.

Эта статья была адаптирована из пресс-релиза, подготовленного Университетом штата Вашингтон.

Ссылка : Dong Jiang et al., Nature Catalysis , 20 июля 2023 г. (10.1038/s41929-023-00983-8)

С вопросами или комментариями обращайтесь в отдел коммуникаций SLAC по адресу @slac.stanford.edu.

SLAC — это яркая многопрограммная лаборатория, которая исследует, как работает Вселенная в самых больших, малых и быстрых масштабах, и изобретает мощные инструменты, используемые учеными по всему миру. Благодаря исследованиям, охватывающим физику элементарных частиц, астрофизику и космологию, материалы, химию, био- и энергетические науки и научные вычисления, мы помогаем решать реальные проблемы и продвигать интересы нации.

SLAC управляется Стэнфордским университетом для отдела науки Министерства энергетики США . Управление науки является единственным крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени.

Новый катализатор может превращать углекислый газ в бензин в 1000 раз эффективнее

Инженеры, работающие над предотвращением распространения парниковых газов, знают, что в дополнение к сокращению выбросов углекислого газа нам также необходимо удалять углекислый газ из выхлопных газов электростанций или из неба. Но что нам делать со всем этим захваченным углеродом? Маттео Карньелло, инженер-химик из Стэнфордского университета, работает над тем, чтобы превратить его в другие полезные химические вещества, такие как пропан, бутан или другое углеводородное топливо, состоящее из длинных цепочек углерода и водорода.

«В принципе, мы можем создать бензин», — сказал Карньелло, доцент кафедры химического машиностроения. «Чтобы улавливать как можно больше углерода, вам нужны углеводороды с самой длинной цепью. Цепи с 8-12 атомами углерода были бы идеальными».

Новый катализатор, изобретенный Карньелло и его коллегами, приближается к этой цели, увеличивая образование длинноцепочечных углеводородов в химических реакциях. Он произвел в 1000 раз больше бутана — самого длинного углеводорода, который он мог произвести при максимальном давлении, — чем стандартный катализатор при том же количестве углекислого газа, водорода, катализатора, давления, тепла и времени. Новый катализатор состоит из элемента рутения — редкого переходного металла, принадлежащего к группе платины, — покрытого тонким слоем пластика. Как и любой катализатор, это изобретение ускоряет химические реакции, не изнашиваясь в процессе. Рутений также имеет то преимущество, что он дешевле других высококачественных катализаторов, таких как палладий и платина.

Карньелло и его команда описывают катализатор и результаты своих экспериментов в своей последней статье, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Семилетняя заминка

Карньелло и его команде потребовалось семь лет, чтобы открыть и усовершенствовать новый катализатор. Загвоздка: чем длиннее углеводородная цепь, тем сложнее ее производить. Связывание углерода с углеродом требует тепла и большого давления, что делает процесс дорогостоящим и энергоемким.

Чэншуан Чжоу держит флаконы с рутением (слева) и катализатор с покрытием, а Маттео Карньелло держит трубку, использовавшуюся для экспериментов с реакцией. (Изображение предоставлено Марком Голденом)

В этом отношении способность нового катализатора производить бензин в результате реакции является прорывом, сказал Карньелло. Реактору в его лаборатории потребуется только более высокое давление, чтобы произвести все углеводороды с длинной цепью для бензина, и они находятся в процессе строительства реактора более высокого давления.

Бензин является жидким при комнатной температуре, и поэтому с ним гораздо проще обращаться, чем с его газообразными короткоцепочечными братьями и сестрами — метаном, этаном и пропаном, которые трудно хранить и склонны к утечке обратно в небо. Карньелло и другие исследователи, работающие над получением жидкого топлива из захваченного углерода, представляют себе углеродно-нейтральный цикл, в котором углекислый газ собирается, превращается в топливо, снова сжигается, а образующийся углекислый газ начинает цикл заново.

Усовершенствование полимера

Ключом к заметному увеличению реакционной способности является слой пористого пластика на рутении, объяснил ведущий автор исследования Чэншуан Чжоу, докторант лаборатории Карньелло, который провел поиск и эксперименты, необходимые для усовершенствования нового покрытия. Катализатор без покрытия прекрасно работает, сказал он, но производит только метан, углеводород с самой короткой цепью, в котором всего один атом углерода связан с четырьмя атомами водорода. Это вообще не цепь.

«Катализатор без покрытия покрывается слишком большим количеством водорода на своей поверхности, что ограничивает способность углерода находить другие атомы углерода для связи», — сказал Чжоу. «Пористый полимер контролирует соотношение углерода к водороду и позволяет нам создавать более длинные углеродные цепи в результате одних и тех же реакций. Это особенно важное взаимодействие было продемонстрировано с использованием синхротронных технологий в Национальной лаборатории SLAC в сотрудничестве с командой доктора Саймона Бэра, который руководит там Co-Access».

Несмотря на то, что углеводороды с длинной цепью представляют собой инновационное использование уловленного углерода, они не идеальны, признает Карньелло. Он также работает над другими катализаторами и аналогичными процессами, которые превращают углекислый газ в ценные промышленные химические вещества, такие как олефины, используемые для производства пластмасс, метанол и святой Грааль, этанол, которые могут улавливать углерод, не возвращая углекислый газ в небо.

«Если мы сможем производить олефины из CO ₂ для производства пластмасс, — отметил Карньелло, — мы изолируем их в твердое вещество, которое можно хранить длительное время. Это было бы большим делом».

Другими соавторами – все в Стэнфорде – являются Саймон Бэр, выдающийся научный сотрудник, Национальная ускорительная лаборатория SLAC; Стейси Бент, вице-ректор по вопросам последипломного образования и докторантуры и профессор химического машиностроения; Адам Хоффман, научный сотрудник SLAC; ученые с докторской степенью Арун Асунди, Эммет Гудман, Джиун Хонг и Бараа Верги; и аспирант Синдху Натан.

Эта работа была поддержана грантами Фонда Паккард и Института энергетики Прекорт при Стэнфордском университете. Спектроскопическую поддержку оказали Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли и Национальная ускорительная лаборатория SLAC.

Как долго деревья будут поглощать углекислый газ?

Анализируя десятилетия экспериментов, исследователи нанесли на карту потенциал двуокиси углерода для увеличения биомассы лесов к концу века, когда концентрация газа в атмосфере может почти удвоиться. Это, в свою очередь, позволит растениям и деревьям накапливать больше углерода.

Разное