Ученые предложили использовать катализаторы на основе наночастиц серебра для жидкофазного окисления спиртов. Это позволит сделать процесс более экологичным и экономически выгодным. Исследователи доказывают, что такие катализаторы можно использовать в промышленности на основе серебра на примере окисления октанола и бетулина. Производные этих веществ — ценные продукты для химической, фармакологической и косметической промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Fuel.

По сравнению с более традиционным высокотемпературным газофазным окислением окисление спиртов в жидкой фазе — более экологичный процесс.

«Во-первых, оно протекает при более низких температурах, отсюда ниже энергозатраты. Во-вторых, не образуются продукты полного окисления — вода и СО₂, их образование свидетельствует о снижении селективности реакции, а соответственного и о снижении выхода целевого продукта», — объясняет один из авторов статьи, старший научный сотрудник ТПУ Екатерина Колобова.

Для того, чтобы найти альтернативу дорогим катализаторам, в которых используется золото, в новой работе химики использовали катализаторы, представляющие собой подложку из оксида титана — чистого или модифицированного другими элементами, например, оксидом церия, — с нанесенными на ее поверхность наночастицами серебра. Чтобы проверить их эффективность, они выбрали два спирта, различных по структуре и свойствам — октанол и бетулин. Октанол — это побочный продукт переработки древесины, использующийся в промышленности. Источником бетулина тоже служит дерево — этот тритерпеновый спирт придает белый цвет стволам березы. Его производные используются для создания лекарств нового поколения.

С помощью новых катализаторов химики получили самый дорогой и востребованный продукт окисления октанола — октаналь. Из бетулина им при достаточно экологичных условиях удалось получить его производное бетулон. Кроме селективности и экологичности еще одно преимущество гетерогенных наносеребрянных катализаторов в жидкофазном окислении состоит в том, что после выделения и регенерации их можно использовать повторно.

«В этой статье мы также развили свою теорию о реакционных центрах катализаторов. Вопрос о природе активных центров катализаторов — одна из ключевых и трудноразрешимых проблем гетерогенного катализа. Решив эту проблему, мы смогли бы синтезировать катализаторы с заранее заданными свойствами, без этого знания приходится действовать методом «научного тыка», то есть гораздо менее эффективно и более затратно. На основании наших исследований мы выявили природу активных центров наших серебряных катализаторов в изучаемых процессах — ионы серебра с определенным эффективным зарядом», — добавляет один из авторов статьи, профессор ТПУ Алексей Пестряков.