Новый катализатор помогает превратить растительные отходы в ценное сырьё

Фото из открытых источников

Исследователями из Манчестерского университета и Хэбэйского технологического университета создан катализатор, способный перевернуть представление о переработке растительных отходов. Новая технология превращает лигнин, сложный природный полимер из отходов сельского и лесного хозяйства, в перспективное промышленное сырье.

Переработка лигнина всегда была непростой задачей: у него прочная структура, плохо поддающаяся расщеплению, а привычные методы требуют строгих условий и значительных затрат.

Новинка основана на одноатомном катализаторе: изолированные атомы рутения авторы идеи встроили в углеродный материал, легированный азотом. Оригинальная конструкция даёт высокую эффективность при минимуме расхода металла. Ключевое значение имеет особая рабочая зона: один атом рутения в окружении четырёх атомов азота. Данная связка провоцирует нужные реакции — активирует кислород и способствует разрыву прочных связей в лигнине.

Ученые создали работающий катализатор, но также в деталях поняли, как он функционирует на молекулярном уровне. Команда при помощи синтеза экспериментов и компьютерного моделирования сумела проследить весь процесс: на первом этапе кислород активируется и генерирует высокореактивные частицы, а далее эти частицы расщепляют лигнин на более мелкие молекулы.

В оптимальных условиях катализатор способствовал практически полной конверсии модельных соединений, что помогло получить высокий выход таких ценных продуктов как фенол.

Важное достоинство новой технологии — ее экологичность, отсутствие в системе агрессивных химикатов. Тестирование в реальных условиях с применением разных источников биомассы подтвердило: из отходов получаются ароматические соединения, что годятся в качестве сырья для производства топлива, пластика и иных материалов.