Theo các nhà khoa học, ngoài tầm quan trọng đối với môi trường, chất xúc tác mới có thể được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp đơn giản, với chi phí thấp hơn và một số ưu điểm khác. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí quốc tế Materials.
Chất xúc tác là chất thêm vào phản ứng, giúp cho quá trình phản ứng giữa các chất diễn ra nhanh hơn bình thường, nhờ đó chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Một trong những phương pháp đầy hứa hẹn để xử lý khí carbon dioxide (CO2) gây hiệu ứng nhà kính là phản ứng tương tác của nó với hydro. Theo các nhà khoa học, các sản phẩm hữu ích của một phản ứng như vậy có thể là khí tổng hợp, các hydrocacbon và cồn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học. Để làm được điều này, các nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đang phải vật lộn để tìm ra các chất xúc tác đủ hiệu quả và có độ bền cao để mở rộng quy mô xử lý khí CO2 trong khuôn khổ “nền kinh tế xanh” của tương lai.
Các nhà khoa học từ Đại học tổng hợp Nghiên cứu Công nghệ Quốc gia MISiS (NUST MISiS) đã phát triển một phương pháp đơn giản mới để tạo ra chất xúc tác công nghiệp coban-niken cho quá trình xử lý carbon dioxide.
“Chất xúc tác của chúng tôi là một hợp kim rời có bề mặt xốp và các hạt nano tạo thành các hạt bọt có hoạt tính cao. Nhờ cấu trúc này và tương tác tổng hợp của Co với Ni, chất xúc tác được đặc trưng bởi tương tác mạnh hơn với các phân tử CO2 và có độ ổn định cao hơn so với các chất tương tự được hỗ trợ thương mại (nguyên tố hoạt động phân tán trên chất mang gốm)”, - Sergey Roslyakov, nhà nghiên cứu cấp cao tại NUST MISiS, giải thích.
Giải quyết ba vấn đề
Theo các nhà khoa học, họ quan tâm đến việc giải quyết ba vấn đề: nghiên cứu khả năng xử lý carbon dioxide khử sạch 100% khí thải công nghiệp để giảm hiệu ứng nhà kính trên hành tinh, cũng như đơn giản hóa công nghệ sản xuất chất xúc tác hiệu quả và tạo ra chất xúc tác dựa trên nguyên liệu thô có sẵn.
“Một tính năng đặc biệt trong công việc của chúng tôi là tổng hợp vật liệu nhanh chóng và đơn giản bằng cách đốt cháy gel hoạt tính. Theo phương pháp của chúng tôi, chỉ cần áp dụng một lượng nhỏ năng lượng để làm nóng mẫu thử với thể tích nhỏ không quá một milimet khối, và sau đó quá trình tổng hợp tiến hành ở chế độ tự duy trì mà không cần tiêu thụ thêm năng lượng”, - ông Roslyakov cho biết.
Các nhà khoa học lưu ý rằng, việc sử dụng các phương pháp tổng hợp phi tiêu chuẩn đã làm giảm đáng kể chi phí năng lượng và tài nguyên trong quá trình sản xuất và sử dụng chất xúc tác. Theo họ, coban góp phần vào việc hình thành cấu trúc khung xốp của chất xúc tác, và cũng làm tăng gấp ba lần tính chất xúc tác của niken.
Vì toàn bộ thể tích của chất xúc tác bao gồm một hợp kim kim loại, nên nó có độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với các chất xúc tác gốm nguyên khối. Các chuyên gia giải thích thêm rằng, điều này làm tăng đáng kể độ ổn định của vật liệu trong quá trình sử dụng lâu dài.
“Chúng tôi đã đơn giản hóa phương pháp chuẩn bị vật liệu, bỏ qua một số công đoạn kéo dài như nấu chảy, phun, làm sạch, áp dụng các thành phần hoạt tính cho chất mang hình thành cấu trúc và những công đoạn khác. Mặc dù quy trình tổng hợp và thành phần chất xúc tác được đơn giản hóa, chúng tôi có được một công nghệ cạnh tranh để tạo ra chất xúc tác giúp chuyển đổi carbon dioxide”, - ông Roslyakov cho biết.
Trong tương lai gần, nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục chế tạo những chất xúc tác mới hiệu quả và ổn định.