Nanoporowate, metaliczne nośniki katalizatorów
Synteza Fischera–Tropscha (uwodornienie tlenku węgla (CO)) wymaga zastosowania kobaltu (Co) lub żelaza (Fe) jako katalizatora, lecz wysoka temperatura i ciśnienie są przyczyną oddziaływań między nośnikiem katalizatora, co prowadzi do jego nieodwracalnej dezaktywacji. Naukowcy analizowali zastosowanie porowatych nośników katalizatora z SiC w ramach projektu "Porous silicon carbide as a support for Co metal nanoparticles in Fischer–Tropsch synthesis" (SICCATALYSIS). SiC przewodzi ciepło, jest stabilny mechanicznie i obojętny chemicznie, mógłby więc doskonale sprawdzić się jako nośnik katalizatora w reakcjach przebiegających w wysokiej temperaturze. Pory w SiC i dobre przewodnictwo cieplne tego materiału zapobiegają przegrzaniu metalu i spieczeniu aktywnych składników. Ponadto pory umożliwiają wprowadzenie nanocząstek Co, co zwiększy aktywność i selektywność katalizatora na jednostkę masy w porównaniu z zastosowaniem nośnika nieporowatego. Naukowcy zastosowali dwie różne metody pozyskiwania porowatego SiC o wysoce uporządkowanej mezostrukturze i dużym polu powierzchni. Elektrochemiczne trawienie polikrystalicznej płytki SiC okazało się skuteczną metodą w uzyskiwaniu porowatości, dużego pola powierzchni i stabilności termicznej. Synteza na drodze nanoodlewania obejmowała impregnację porów matrycy z dwutlenku węgla (SiO2) polikarbosilanem. Materiały następnie scalono w bardzo wysokiej temperaturze i usunięto SiO2 z porów SiC. Korzystano z dwóch różnych metod wprowadzania do porów SiC Co na użytek syntezy Fischera–Tropscha: technikę wstrzykiwania na gorąco i powolnej precypitacji. Próbki biernego Co/porowatego SiC przeniesiono do reaktora o wysokim ciśnieniu, aby ocenić aktywność katalityczną w syntezie Fischera–Tropscha. Co ciekawe, naukowcy zaobserwowali znaczące zwiększenie selektywności wobec C2+ i ograniczenie wytwarzania metanu. Wyniki potwierdzają teorię, że metan powstaje poprzez uwodornienie osadzającego się na powierzchni węgla po dysocjacji CO, natomiast wydłużanie łańcucha zachodzi według innego mechanizmu. Zespół obecnie analizuje tworzenie się alkoholi o długim łańcuchu na drodze syntezy Fischera–Tropscha z użyciem Co i miedzi. Takie alkohole są użyteczne między innymi jako plastyfikatory, lubrykanty i detergenty. Projekt SICCATALYSIS dostarczył wglądu w zastosowanie porowatego SiC o ściśle określonej strukturze jako mezoporowatego nośnika nanocząstek metali do zastosowań w silnie egzotermicznych reakcjach katalitycznych.
Słowa kluczowe
Nośniki katalizatorów, Fischer-Tropsch, kobalt, węglik krzemu, porowaty
