Ученые Томского государственного университета (ТГУ) синтезировали пористый монолитный носитель для использования в жидкофазных проточных реакторах, который позволяет точно рассчитать время контакта катализатора и реагентов. Подобные материалы в России пока не производятся.
«Жидкофазных реакторов существует много, но у них есть ряд недостатков, один из которых – невозможность точного контроля времени контакта катализатора и реагентов, – объясняет автор разработки, доцент химического факультета ТГУ Татьяна Изаак. К тому же, если катализатор используется в виде порошка или гранул, его, после проведения химической реакции, необходимо извлечь из реакционной среды , а если он дорогостоящий — неизбежны потери. Мы используем пористый монолитный материал, поэтому можем задавать время контакта, регулируя скорость потока реагентов через поры. Наш носитель может быть использован в реакциях тонкого органического синтеза, в производстве лекарств, парфюмерии, гербицидов, присадок для топлива и других продуктов».
Пористые монолиты, полученные томскими химиками, представляют собой цилиндрические блоки диаметром 10-25 мм и длиной до 60-100 мм. Исходный материал — диоксид кремния, пористость сорбента может составлять от 60 до 90 %, то есть 90% объема – это воздух. «Для фильтров, сорбентов, носителей важны два параметра: площадь удельной поверхности и проницаемость, обеспечивающая доступность поверхности для реакции. Поэтому внутри монолитного блока должны быть большие транспортные каналы для реагентов и узкие микропоры, в которых зафиксированы частицы катализатора, на которых пойдет реакция. Вот эта система иерархической пористости — большие каналы и микропоры — присутствует в наших монолитах», — говорит Татьяна Изаак. Такой вид пористости называется «иерархической».
Структура уникального материала формируется самопроизвольно в процессе фазового расслоения, в результате которой получается пористый гель. Его сушат в особых условиях и обжигают при 550-900 градусах — поэтому готовый материал способен выдерживать высокие температуры.
Применение блочного диоксида кремния для малотоннажного синтеза, распространенного в фармацевтической, пищевой и сельскохозяйственной отрасли, позволяет уменьшить коррозию аппаратуры, повысить продуктивность в пересчете на грамм катализатора, улучшить контроль параметров процесса и снизить себестоимость продукции.
«В России пока не производят такие материалы, — рассказывает Татьяна Изаак. — Есть зарубежные, более дорогие аналоги, но пока они используются только в хроматографии для разделения смесей веществ. А мы умеем делать не только монолит с заданной структурой, но и вводить в поры активные компоненты — в частности, частицы никеля и палладия, которые будут работать как катализатор».
Ученые ТГУ готовят патент на сам монолит и дорабатывают способ получения катализатора на его основе. Одновременно разработчики ищут предприятия, которые нуждаются в таких продуктах (монолитных носителях или катализаторах на их основе), а также заинтересуются в разработке реакторов для малотоннажного синтеза реагентов, необходимых им на производстве.
