Учёные из Института катализа Сибирского отделения РАН разработали гопкалитовый катализатор нового поколения на основе тройного оксида меди, марганца и серебра для окисления угарного газа. Новое соединение эффективно работает в условиях высокой влажности, чего раньше не удавалось добиться. В перспективе разработка упростит и удешевит создание каталитических блоков для пожарных систем, промышленных процессов и средств защиты органов дыхания.
Гопкалитовый катализатор представляет собой смесь оксидов меди и марганца, модифицированную благородным металлом, как правило, серебром. Он широко применяется для нейтрализации монооксида углерода (CO), который опасен для здоровья и жизни человека: при содержании в воздухе около 1% угарного газа наступает удушье. Одна из проблем использования гопкалита — его дезактивация в условиях высокой влажности. Учёные из ИК СО РАН решили эту проблему, получив новую структуру тройного оксида.
«Мы получили соединение из меди, марганца и серебра, которое сохраняет высокую активность в реакции окисления CO во влажных условиях при комнатной температуре, то есть продолжает работать в присутствии паров воды. У нашего соединения уникальная кристаллическая структура, которая описывается термином «делафоссит» — в такой структуре могут быть комбинации различных металлов, но их взаимное расположение изначально определено. Традиционно гопкалит получали из механической смеси оксидов каждого элемента. Нам удалось собрать тройной оксид, «конструктор» с определённым расположением атомов, где кислород одновременно связан с атомами серебра, меди и марганца», — рассказал автор разработки, научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН, кандидат химических наук Дмитрий Свинцицкий.
Гопкалит применяется в противогазах, в пожарных системах, для обеспечения безопасности в закрытых помещениях, в том числе на подводных лодках и космических станциях. Дожигание угарного газа необходимо в промышленных процессах, например, при производстве этилена. Также гопкалит нужен для эффективной работы фотокаталитических систем, которые очищают воздух от органических летучих соединений.
Для стабильной работы традиционного гопкалитового катализатора можно использовать осушитель, который требует постоянного контроля, регенерации или замены. Новый тип гопкалита позволит упростить и удешевить такие системы. «Если есть дешёвый катализатор, который и так работает в присутствии паров воды, то приложения будут иметь более простую конструкцию, будут меньше в размерах и проще в обслуживании», — отметил исследователь.
Сейчас авторы разработки детально изучают новый тройной оксид — получают соединение разными способами, исследуют с помощью физических методов и наблюдают за его поведением в различных реакционных условиях. В дальнейшем планируется разработать способы нанесения катализатора на различные носители.