Современный «Мидас» превращает компоненты бактерий в катализаторы
Исследователи из Научно-технологического университета Китая (НТУК) представили новый твердокислотный катализатор (ТКК) на основе природной бактериальной целлюлозы. Специалисты сравнили результаты со способностью Мидаса превращать камни в золото.
Ученые активно интересуются ТКК последние годы. Вещества играют важную роль в экологически дружественных каталитических процессах. Разработка углеродных ТКК с большой плотностью -SO3H, пористой наноструктурой и большой удельной площадью поверхности поможет в запуске гидрофобных, гидрофильных и других реакций. Но создание дешевых и эффективных катализаторов остается сложной задачей. Исследователи из НТУК приблизились к решению этой проблемы, представив ТКК на основе бактериальной целлюлозы, сообщает eurekalert.org. Результаты работы команды, возглавляемой профессором Ю Шухонгом и Ляном Хайвеем, представлены в журнале Research.
Специалисты разработали двухфазную методику, состоящую из неполной карбонизации и сульфирования. Сначала они обуглеродили аэрогели из бактериальной целлюлозы при 400-800°С в азотной атмосфере. Затем материал сульфировали концентрированной или дымящейся серной кислотой.
Дополнительно ученые определили поверхностную химию нановолоконных ТКК. Катализатор имел унаследованную трехмерную структуру нитей натуральной целлюлозы с удельной площадью поверхности до 837 кв. м/г и поровым пространством до 0,92 куб. см/г. Сульфирование снабдило нановолокна большим количеством кислотных центров Бренстеда, включая группы -SO3H (до 2,42 ммоль/г), -OH и COOH (общая плотность до 3,88 ммоль/г).
Эти характеристики позволили получить большое количество катализаторов важных реакций, включая димеризацию ?-метилстирол, эстерификацию масляной кислоты и пинаколиновую перегруппировку. Нановолоконные ТКК работали значительно лучше существующих аналогов, вроде Амберлиста-15, H-морденита и ниобиевой кислоты. В некоторых случаях показатели катализатора превосходили H2SO4 при схожих реакционных условиях.
Для производства нановолоконных ТКК подойдет и деревянная целлюлоза. Показанная в исследовании концепция проливает свет на процессы синтеза эффективных катализаторов из биомассы.
