Новости химической науки > Морской еж дает идею нового катализатора

Морские ежи подсказали британским ученым идею того, что наночастицы никеля могут выступать в роли дешевого возобновляемого катализатора ключевого этапа улавливания диоксида углерода, образующегося в результате работы электростанций и других объектов промышленности.

Улавливание и хранение диоксида углерода (технология-CCS) обычно включает в себя отделение CO₂ от топочных газов и последующее хранение диоксида углерода в засоленном водоносном горизонте или же конверсию CO₂ в неорганические карбонаты. Наиболее распространенным способом хранения уловленного CO₂ является карбонат кальция, основной компонент яичной скорлупы, раковин морских организмов и экзоскелетов морских ежей. На настоящий момент минерализация кажется наиболее перспективным решением проблемы связывания и хранения CO₂.

Личинки морских ежей Sмогут помочь разработать более эффективные способы улавливания диоксида углерода. (Рисунок из Catal. Sci. Technol., 2013, DOI: 10.1039/C3CY20791A)

Гаурав Бхадури (Gaurav Bhaduri) и Лидия Шиллер (Lidija Šiller) из Университета Ньюкасла обнаружили, что наночастицы никеля могут катализировать реакцию, в результате которой диоксид углерода реагирует с водой с образованием карбонат-аниона – эта реакция является ключевой стадией для минерализации CO₂. Открытие было сделано после того, как на исследователи обнаружили высокую концентрацию ионов никеля в области покровов личинки морского ежа, это обстоятельство дало им повод предположить, что никель играет важную роль в формировании экзоскелета морского ежа.

В настоящее время для отделения CO₂ в промышленности используются амины, однако их применение не является энергетически эффективным процессом. Другие исследования, посвященные изучению процесса минерализации, основывались на применении фермента карбонангидратазы, которая работает сходным образом с наночастицами никеля, однако фермент чувствителен к значению рН среды, да и процессы выделения и очистки фермента весьма недешевы.

Наночастицы никеля не только обходятся дешевле карбонангидратазы, они также работают при любом значении рН, а магнитные свойства этих частиц позволяют их без проблем отделить после того, как они сыграют свою роль и использовать повторно. Несмотря на преимущества, у наночастиц никеля есть один серьезный недостаток – они токсичны, однако, как полагают авторы исследования, рециклизация нанокатализаторов должна существенно понизить их опасность для окружающей среды.

По словам Шиллер, следующий этап исследования будет заключаться в поисках способа минерализации карбонат-аниона в экологически безопасные неорганические вещества, такие как карбонаты кальция или магния (а также смешанные), которые впоследствии можно использовать в качестве строительных материалов. Шиллер подчеркивает, что в ближайших планах исследователей изучение кинетических особенностей процесса, а после определения кинетических закономерностей минерализации CO₂ с помощью наночастиц никеля исследователи планируют создать лабораторную установку непрерывного действия – прототип системы минерализации диоксида углерода.

Однако, далеко не все расценивают результаты новой работы как прорыв в области технологий-CCS. Так, Марк Кин (Mark Keane) из Университета Эдинбурга говорит о том, что новая работа всего лишь говорит о важности размеров катализатора в процессе связывания CO₂ в уже соответствии с давно известной схемой. По мнению Кина, настоящим прорывом было бы создание системы, которая позволила бы конвертировать углекислый газ в более важные продукты, например – в карбаматы.

Источник: Catal. Sci. Technol., 2013, DOI: 10.1039/C3CY20791A

метки статьи: #вопросы экологии, #кинетика и катализ, #химическая технология, #химия твердого тела