Исследователи разложили метан на метанол и уксусную кислоту с использованием золотого катализатора

Природный газ на сегодняшний день является одним из наиболее чистых видов ископаемого топлива. Но при его сжигании в атмосферу попадают опасные парниковые газы. Поэтому исследователи постоянно работают над новыми технологиями преобразования метана, которого в составе природного газа 70-90%. Учёные ищут способы переработки метана в полезные продукты (химикаты, топливо) экономичным, низкоуглеродным и простым способом.

Результаты своего исследования они опубликовали в журнале Nature Catalysis. Им удалось продемонстрировать прямое превращение метана в метанол и уксусную кислоту с использованием золотого катализатора. До проведения этой работы такое превращение достигалось лишь обходными путями, которые включали в себя несколько дорогостоящих и энергоёмких стадий.

Чтобы получить метанол и уксусную кислоту в одну стадию, команда исследователей провела реакцию метана с кислородом в присутствии катализатора из золота и цеолита ZSM-5. При исследовании катализатора с помощью мощной аппаратуры для электронной микроскопии учёные обнаружили, что активный катализатор содержит наночастицы золота (очень маленькие частицы 3-15 нанометров). Они могут проявлять разные физические и химические свойства по сравнению с более крупными частицами золота.

Новизна данной методики заключается в том, что одним из продуктов реакции является уксусная кислота. Это распространённое промышленное химическое вещество, которое в больших масштабах применяется для текстильной печати, при производстве красителей, фотохимических веществ, чернил, фармацевтических препаратов, пестицидов, пластмассы, резины. Метанол применяется в качестве биотоплива и прекурсора для многих других химических продуктов.

Несмотря на инертность золота, учёным Кардиффского института удалось продемонстрировать, что этот металл является эффективным и надежным катализатором, которые можно применять в различных промышленных процессах.

Один из авторов исследования, профессор Грэм Хатчингс (Graham Hutchings), отметил, что окисление метана для селективного образования кислородсодержащих промежуточных химических соединений с использованием молекулярного кислорода было давней проблемой в катализе. По его словам, исследовательской группе удалось продемонстрировать решение этой проблемы и обеспечить первый шаг к созданию востребованных химикатов и топлива из метана простым и экономичным способом.