Казалось бы, ускорение химических реакций и поглощение токсических веществ - две разные задачи. Но и ту, и другую способен решать материал, созданный в научном центре "Катализ в химической технологии" Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (Москва), - пористая керамическая матрица легко превращается как в катализатор, так и в сорбент. Проект "Направленный синтез высокопористых и высокопроницаемых каталитических систем ячеистой структуры для процессов каталитической очистки сбросных газов химических и металлургических производств от CO, CH и NO_x" реализован в рамках Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2013 годы". Об этой разработке, имеющей перспективы разнообразного применения, на страницах электронного издания "Наука и технологии России - STRF.ru" рассказал журналист Михаил Петров.

"В основе предложенной нами системы - высокопрочный керамический каркас, - поясняет руководитель проекта доктор технических наук Владимир Грунский и показывает образцы материалов - на вид это шершавые приземистые цилиндры, напоминающие пемзу или застывшую коралловую губку. - Чтобы его получить, мы берем пенополиуретановую матрицу и пропитываем ее нужным шликером - суспензией для получения керамики. А потом в сложных термических условиях удаляем полимер и одновременно спекаем твердую фазу шликера. В результате каркас дублирует пористую структуру матрицы и получается непрерывным по газовой и твердой фазе. Проще говоря, все ячейки и полости в нем проточные".

В качестве керамики ученые предпочитают корунд - он устойчив в любых средах (в том числе кислотных и

щелочных) и выдерживает высокие температуры. Но именно поэтому его очень нелегко спечь. "Обычно корунд спекается при 1700°С, а нам это удалось при 1500°С. Описать невозможно, каким трудом это далось! - Грунский вспоминает перипетии поисков. - Это, знаете, наше ноу-хау - связующими, армирующими и другими добавками, хитрыми температурными режимами мы выиграли 200 градусов".

Но на этом трудности с корундом не заканчиваются. Для эффективного катализа или сорбции материал должен обладать большой площадью удельной поверхности, а у корунда она всего около 2 м²/г, т.е. практически ничто по сравнению, например, с активированным углем, у которого она составляет 1000 м²/г. А потому на последней стадии подготовки керамического каркаса его модифицируют различными углеродными материалами. И, скажем, с использованием нанотрубок площадь удельной поверхности вырастает до 600 м²/г.

"После такого развития поверхности нам остается только определиться с целями, - профессор Грунский подводит к кульминации проекта, в которой невзрачные разноцветные цилиндрики начинают обретать свое место в реальном мире. - Хотим получить каталитическую систему - добавляем в керамическую матрицу соответствующие каталитические комплексы, а если речь идет о фильтрах-сорбентах, то наносим на поверхность каркаса сорбционно-активный материал. И тут, кстати, у нас есть очень интересные предложения по применению разработки. Вот представьте, тридцатиградусная жара, по железной дороге идет тепловоз. Из его дизельного двигателя вылетает искра, падает на сухую траву и она вспыхивает. Для предупреждения такой ситуации и пригодятся наши фильтры-нейтрализаторы выхлопных газов - они будут улавливать сажу с прочими токсикантами и одновременно предотвращать возгорания. Недавно мы подписали договор с подмосковным Коломенским тепловозостроительным заводом на промышленные испытания этой разработки".

Новый подход также доказал свою эффективность в тестах на дизелях автомобилей КамАЗ, и в ближайшее время планируется провести испытания на заводском стенде. Одновременно с этим ученые работают над созданием сорбционных фильтров для улавливания радионуклидов от переработки ядерного топлива.

Предложенная специалистами Российского химико-технологического университета система выгодно отличается от существующих аналогов тем, что реакции в ней проходят в непрерывном режиме, а реагенты не смешиваются с катализаторными веществами. На основе этой разработки можно упростить многие технологические процессы синтеза веществ и, например, исключить из них стадию фильтрации. Но, как это часто бывает, внедрению новшества в технологический процесс мешают административные трудности.

"Главная проблема сегодняшнего дня - низкая заинтересованность предприятий в новых разработках, - не скрывает своей озабоченности Грунский. - Промышленники предпочитают готовые, хотя часто и устаревшие решения из зарубежья. Так что пока у нас в стране не будут созданы мощные инженерные центры по продвижению перспективных отечественных ноу-хау, все останется по-прежнему".

Петров М. Двуликий и полезный: и катализатор, и сорбент. - Электронное издание "Наука и технологии России - STRF.ru", 22 апреля 2013 г.

Материал подготовил Сергей МАКАРОВ

Permanent link to this publication: