Переход к более чистым источникам энергии требует сокращения использования угля, нефти и газа. Одним из перспективных направлений является выпуск горючего из отходов деревообработки. Получаемая из них бионефть представляет сложную смесь, чтобы такое сырье стало полноценным топливом, из него необходимо удалить избыточный кислород с помощью процесса гидроочистки, где ключевую роль играют металлические катализаторы. Обычно рутений наносят на пористый носитель методом пропитки растворами солей. Однако частицы металла при этом склонны слипаться и концентрироваться на поверхности, что быстро снижает их активность.
Ученые Южного федерального университета совместно с коллегами из Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова предложили простой метод получения рутениевых катализаторов и рентгеновской диагностики структуры активных центров непосредственно в ходе реакции.
Основной способ их приготовления — пропитка пористого носителя растворами солей металла — после удаления жидкости наноразмерные частицы рутения склонны слипаться. Ученые предложили механохимический подход, при котором реагенты смешиваются без растворителей. В качестве источника металла использовали трикарбонил рутения. В результате кластеры равномерно заполнили поры носителя, а после термообработки был получен высоко активный материал. Информацию о структуре катализатора на разных этапах его подготовки получили в режиме in situ на Курчатовском источнике синхротронного излучения с помощью методики, разработанной в ЮФУ.
.jpg "Графическое резюме исследования. Источник:Sadovnikov et al / Journal of Colloid and Interface Science, 2025")
Графическое резюме исследования. Источник:Sadovnikov et al / Journal of Colloid and Interface Science, 2025
Испытания нового катализатора в реакции гидрирования гваякола, одного из основных компонентов древесной бионефти, показали его высокую эффективность: активность катализатора оказалась до 60% выше по сравнению с образцами, полученными классическим методом, а степень очистки сырья достигла 100%. Такая активность достигается благодаря наличию активных центров рутения в катализаторе, которые были идентифицированы с помощью рентгеновского излучения и в ходе реакции эволюционировали от Ru(CO)2 до состояния металлических наночастиц.
Особое значение имеет обнаруженный способ восстанавливать отработанные катализаторы. Обработка синтез-газом — смесью угарного газа и водорода – при повышенных температурах и давлении приводит к уменьшению размера частниц рутения. По мнению авторов, аналогичный подход может быть применен к системам на основе никеля, железа и родия.
«Такие разработки — это серьезный шаг вперед в области экологичных технологий и переработки биосырья. Особенно важно, что удалось не только повысить эффективность катализатора, но и предложить способ его восстановления, что делает решение более устойчивым и экономически выгодным. Вклад команды Южного федерального университета в работу состоял в рентгеновской диагностике катализатора на разных стадиях его синтеза и работы, что позволило оптимизировать условия реакции и предложить новые подходы к сохранению его активности в течение длительного времени», — отмечает Александр Гуда.
