Newswise — Была разработана технология разложения хладагентов, парникового газа, в 1300 раз более мощного, чем углекислый газ, с использованием сложных в обращении промышленных отходов.

Доктор Рюи, исследовательская группа Син-куна в Лаборатории водородных материалов Корейского института энергетических исследований (KIER), успешно разработала катализатор из промышленных отходов, известный как «красный шлам», побочный продукт производства алюминия. Этот катализатор может разлагать хладагент HFC-134a, обычно используемый в бытовой технике, такой как кондиционеры и холодильники, с эффективностью 99%.
* Красная грязь: промышленный побочный продукт, остающийся после извлечения оксида алюминия из минерального боксита. Он содержит оксиды железа, алюминия, кремния и других элементов, придающие ему красный цвет. Ежегодно производится более 200 000 тонн.
* HFC-134a: соединение из серии HFC (гидрофторуглеродов), разработанное для замены традиционных хладагентов, таких как CFC (хлорфторуглероды) и HCFC (гидрохлорфторуглероды). В основном используется в качестве хладагента в холодильниках и кондиционерах. ГФУ-134a имеет потенциал глобального потепления (ПГП) в 1300 раз больше, чем углекислый газ.

При производстве 1 тонны алюминия в качестве побочного продукта образуется от 1 до 1,5 тонн красного шлама. В настоящее время большая часть красной грязи выбрасывается на свалки или в озера. Из-за высокой щелочности и содержания тяжелых металлов красный ил представляет собой серьезную проблему загрязнения почвы и воды.

Между тем, хладагент HFC-134a, используемый в кондиционерах и холодильных системах, перерабатывается компаниями по переработке отходящих газов в соответствии с соответствующими законами. В основном его лечат методами сжигания и плазмы. Однако при горении образуются вторичные загрязнители, такие как оксиды азота, а высокотемпературное разложение с использованием плазмы требует значительных затрат энергии и оборудования. Кроме того, с увеличением размера реактора эффективность снижается. Поэтому существует потребность в технологии, которая сможет стабильно удалять хладагенты при низких температурах с минимальным образованием загрязняющих веществ.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследовательская группа разработала технологию каталитического разложения, которая может работать при более низких температурах по сравнению с методами сжигания и плазмы. Они сосредоточили внимание на том факте, что различные металлические компоненты красного шлама, такие как железо и алюминий, могут взаимодействовать, образуя мощный и стабильный катализатор разложения хладагента.
* Железо и алюминий составляют более 50% красного шлама и используются в качестве основных катализаторов разложения HFC-134a.

Красный шлам имеет пористую структуру с большой площадью поверхности на единицу массы и высокую термическую стабильность, что позволяет реагентам эффективно течь и препятствует физическому и химическому разложению катализатора. Кроме того, он создает оптимальную среду для межфазных явлений, таких как адсорбция и электромиграция, которые необходимы для каталитических реакций, тем самым повышая долговечность и активность катализатора.

Чтобы еще больше повысить эффективность разложения, исследовательская группа применила простой процесс термообработки, чтобы вызвать взаимодействие между компонентами кальция (Ca), кремния (Si) и алюминия (Al), образуя композитный материал из трикальциевого алюмината (C3A) и геленита ( C2S). Эти материалы, которые используются для увеличения прочности цемента, усиливают связывание частиц катализатора и увеличивают площадь реакционной поверхности, тем самым улучшая характеристики разложения.

Кроме того, фторид водорода (HF), образующийся при разложении HFC-134a, реагирует с оксидом кальция (CaO) с образованием фторида кальция (CaF2). Химически стабильный фторид кальция образует тонкую пленку на поверхности катализатора, действуя как защитный экран, предотвращающий дезактивацию и защищающий катализатор.

Катализатор, разработанный исследовательской группой, продемонстрировал отличные характеристики разложения хладагента, поддерживая высокую скорость разложения более 99% в течение 100 часов. Кроме того, его можно производить со скоростью 1 кг в час с помощью простых процессов сушки и измельчения в лабораторных масштабах, что делает его пригодным для массового производства в полном масштабе. В частности, поскольку он производится путем переработки промышленных отходов, затраты на сырье отсутствуют, и он может снизить затраты на утилизацию отходов, потенциально принося дополнительный доход.

Доктор Рю Шин-кун, руководитель исследования, заявил: «Красная грязь — это сильнощелочное вещество, которое может вызвать серьезное загрязнение окружающей среды, если попадет в окружающую среду, но подходящих технологий для ее переработки и переработки не существует». Он добавил: «Разработанная технология производства катализаторов не только перерабатывает отходы для снижения загрязнения окружающей среды, но и эффективно разлагает хладагенты, которые оказывают сильное парниковое воздействие, с отличными характеристиками».

Между тем, это исследование проводилось при поддержке научно-исследовательского проекта Корейского института энергетических исследований (KIER). Результаты исследования были опубликованы во всемирно известном журнале Journal of Industrial and Engineering Chemistry.