Интерметаллид на основе железа и алюминия может заменить палладиевый катализатор в производстве полиэтилена

Источник: phys.org

В мире ежегодно выпускается около 80 млн. тонн полиэтилена. Но пока производство не может обойтись без катализаторов на основе палладия. Без этого драгоценного металла пластиковые пакеты будут настолько непрочными, что порвутся от веса двух яблок и упаковки молока. Этилен всегда содержит некоторое количество ацителена, так как оба вещества производятся из сырой нефти и с трудом отделяются друг от друга. Но ацетилен способен вмешаться в реакцию полимеризации, в итоге получается полиэтилен низкого качества. В присутствии палладия ацетилен преобразуется в этилен, за счет присоединения двух атомов водорода. В итоге реакция получения полиэтилена проходит правильно. Группа ученых из Института Макса Планка (Дрезден, Берлин) предложила использовать вместо палладия интерметаллическое соединение алюминия и железа. Ведущие авторы проекта — Марк Армбрустер, Юрий Грин и Роберт Шлёгл.

Первый факт, на который обратили внимание исследователи — палладий обеспечивает нужный результат только в том случае, если он присутствует в виде отдельных активных участков. В противном случае молекулы ацителена присоединяют не два, а четыре атома водорода, и превращается в этан, не подходящий для получения полиэтилена. Известный пример организации палладиевых катализаторов — размещение атомов палладия на поверхности неактивной матрицы из серебра. Но по мере использования палладий соединяется в крупные агрегации и теряет эффективность. В 2004 году ученые создали новую структуру катализатора — интерметаллид палладия и галлия. Интерметаллиды отличаются от обычных сплавов тем, что атомы металлов не смешиваются случайным образом, а образуют чрезвычайно устойчивую и упорядоченную кристаллическую структуру. В новом катализаторе активные атомы палладия были четко отделены друг от друга пассивными атомами галлия.

Затем ученые начали поиски интерметаллида, который работал бы аналогичным образом, но не включал дорогие металлы. Им удалось создать структуру с формулой Al₁₃Fe₄. Атомы железа играют роль катализатора, а атомы алюминия — роль пассивных разделителей. Эксперименты показали, что железо в таком состоянии обеспечивает надежное протекание реакции преобразования ацетилена в этилен. Правда, перед внедрением нового катализатора в производство необходимо испытать его характеристики в промышленных масштабах. Если заявленные параметры будут подтверждены, стоимость производства полиэтилена может значительно сократиться. В то же время, ученые планируют продолжать работу по поиску дешевых аналогов катализаторов из драгоценных металлов, для других химических реакций промышленного назначения.