Kwas solny zwiększa aktywność katalizatora

Obróbka kwasem chlorowodorowym poprawia katalizatory do usuwania siarki z ropy naftowej

Zespół badawczy z Politechniki Monachijskiej (TUM) pod kierunkiem chemika Johannesa Lerchera opracował proces syntezy, który drastycznie zwiększa aktywność katalizatorów odsiarczania ropy naftowej. Być może nowy proces można by również wykorzystać do katalizatorów w ogniwach paliwowych.

Ropa naftowa zawiera dużo siarki. Aby zamienić ropę naftową w paliwo, związki siarki muszą zostać usunięte za pomocą wodoru. Eksperci nazywają ten proces hydrorafinacją. Proces prowadzony jest przy użyciu katalizatorów.

Pod kierownictwem prof. Johannesa Lerchera i dr. Hui Shi, zespół naukowców z Profesora Technologii Chemicznej na Uniwersytecie Technicznym w Monachium opracował proces wielokrotnego zwiększania aktywności tych katalizatorów poprzez obróbkę katalitycznie aktywnego metalu siarczki wcześniej stężonym kwasem solnym.

Ważne dla środowiskakwas solny

Hydrorafinacja jest jednym z najważniejszych procesów katalitycznych – zarówno pod względem ilości użytego katalizatora, jak i ilości przetwarzanego surowca. Dzięki wodorowi pod wysokim ciśnieniem zanieczyszczenia, takie jak siarka lub związki azotu, są usuwane z ropy naftowej w jak największym stopniu.

„Tego rodzaju zanieczyszczenia spalałyby się później, tworząc dwutlenek siarki i tlenki azotu, co miałoby negatywny wpływ na środowisko, zwłaszcza na jakość powietrza”, mówi Manuel Wagenhofer, pierwszy autor badania. Ponadto związki siarki i azotu uszkadzałyby również metale szlachetne w katalizatorach nowoczesnych pojazdów i drastycznie zmniejszałyby ich skuteczność.

Niesamowite działanie kwasu solnego

Chemicy z TUM zbadali takie mieszane katalizatory z siarczków metali pod kątem ich skuteczności w hydrorafinacji, najpierw syntetyzując siarczki niklowo-molibdenowe w kilku etapach procesu, a następnie poddając je działaniu kwasu.

„To niesamowite, jak bardzo dodanie stężonego kwasu solnego zwiększyło wydajność katalityczną” – mówi Wagenhofer. „Kwas solny poprawia dostępność centrów aktywnych w katalizatorach poprzez usuwanie mniej aktywnych składników, głównie siarczków niklu. Tworzą się czystsze, a tym samym bardziej aktywne, mieszane siarczki metali”.

Wielkie korzyści dla badań podstawowych

Wyniki chemików TUM są również bardzo ważne dla badań podstawowych. Oczyszczone mieszane siarczki metali są również łatwiejsze do zbadania naukowo.

„Na przykład byliśmy w stanie zidentyfikować i określić ilościowo aktywne centra na katalizatorach, które poddano obróbce w ten sposób”, wyjaśnia Lercher. „Było to możliwe tylko dlatego, że powierzchnia nie była już pokryta siarczkiem niklu”.

Zasadniczo obróbkę kwasem można by najwyraźniej wykorzystać jako instrument badawczy dla serii podobnych katalizatorów, aby zoptymalizować je, na przykład do stosowania z olejami z surowców odnawialnych, które mają zostać w przyszłości przekształcone w paliwa przyjazne dla klimatu poprzez proces rafinacji.

„Jeżeli lepiej zrozumiemy katalizatory z mieszanych siarczków metali, być może będziemy mogli je znacznie ulepszyć do wykorzystania w innych ważnych dziedzinach przyszłości, takich jak elektroliza wody lub wodorowe ogniwa paliwowe” – mówi Johannes Lercher.