Под руководством выдающегося профессора Войанда Юн Ванга исследователи смешали недорогое железо с небольшим количеством редкого палладия, чтобы получить катализатор. Их работа была представлена на обложке октябрьского номера журнала ACS Catalysis.
Удаление кислорода для лучшего топлива
Исследователи, руководители правительства и лидеры отрасли заинтересованы в возобновляемом биотопливе как в способе снизить национальную зависимость от ископаемого топлива и сократить выбросы вредного углекислого газа в атмосферу, где это способствует глобальному потеплению.
Одна из самых больших проблем при производстве биотоплива — это улавливание углерода в качестве топлива, а также удаление кислорода. Высокое содержание кислорода делает биотопливо менее стабильным, более вязким и менее эффективным, чем ископаемое топливо, и не подходит для авиационного или дизельного топлива.
Чтобы улучшить производство, исследователи также хотят использовать в реакции как можно меньше водорода.
Исследователи WSU разработали смесь двух металлов, железа и небольшого количества палладия, которая служит катализатором для эффективного и дешевого удаления кислорода.
«Синергия между палладием и железом невероятна», — сказал Ван, который работает вместе с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией и WSU. «В сочетании катализатор намного лучше, чем отдельные металлы, с точки зрения активности, стабильности и селективности."
Палладий улучшает работу железа
Железные катализаторы — недорогой способ удалить кислород из растительных материалов. Но катализатор может перестать работать при взаимодействии с водой, которая является необходимой частью производства биотоплива.
Железо ржавеет.
Палладий может работать в воде, но плохо удаляет кислород; и металл очень дорогой.
Исследователи обнаружили, что добавление чрезвычайно небольшого количества палладия к железу помогло покрыть железную поверхность катализатора водородом, что привело к ускорению реакции и улучшению ее функционирования. Это также предотвращало прерывание реакции водой.
И для удаления кислорода требовалось меньше водорода.
«С биотопливом вам нужно удалить как можно больше кислорода, чтобы получить плотность энергии», — сказал Ван. «Конечно, в процессе вы хотите минимизировать затраты на удаление кислорода. В этом случае вы минимизируете потребление водорода, увеличиваете общую активность и получаете высокие выходы желаемых топливных продуктов, используя гораздо менее дорогие и более распространенные каталитические материалы."
Команда использовала передовые методы, в том числе просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию и расширенную спектроскопию тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей, чтобы понять, как атомы на поверхности катализатора взаимодействуют с лигнином растительного материала.
Соответствующие теоретические расчеты были выполнены командой WSU под руководством Жана-Сабина МакИвена.
«Добавляя палладий, мы потенциально могли бы использовать такие металлы, как железо, которые дешевле и в большом количестве, но работают с более высокими темпами и более высокими выходами, чем только палладий или железо», — сказал Ван.
Исследователи хотели бы расширить свои исследования в более реалистичных условиях, которые более точно имитируют реальное производство биотоплива.