Американские ученые создали инновационную субстанцию, которая вобрала в себя возможности сразу нескольких материалов. Новое, абсолютно черное вещество, полученное учеными из лаборатории Северо-Западного университета, напоминает хрупкую губку, которая меняет свою плотность в зависимости от условий внешней среды. Однако необычная структура материала отходит на второй план по сравнению с функциональностью синтетической субстанции. Как говорят химики, черная губка может удалять из воды тяжелые металлы, в частности ртуть, и легко отделяет водород от других газов. Но самое главное преимущество материала заключается в его уникальной эффективности в качестве катализатора, который позволяет отделять различные примеси (например, серу) от нефти. Процесс гидродесульфуризации, который сегодня широко применяется для очистки нефти от примесей, несет в себе ряд опасностей для окружающей среды. Так, сера, отделяемая таким способом от углеводородов, как правило, сжигается, что способствует загрязнению атмосферы и выпадению так называемых кислотных осадков. Данный процесс, как и любая химическая реакция, запускается с помощью катализаторов, над усовершенствованием которых ученые бились не один год. Теперь же благодаря черному веществу процесс фильтрации нефти станет гораздо более экологичным. Новый материал, созданный путем сложного синтеза серы, молибдена и кобальта, является одним из представителей нового класса веществ, обнаруженных всего лишь пять лет назад — халкогелей, характеризующихся хаотичной структурой атомов серы с очень большой поверхностью покрытия. Именно благодаря подобной конфигурации атомов материал может подстраиваться под любые условия внешней среды. Он устойчив к температурам, не окисляется на воздухе и не растворяется в воде. Кроме того, черная материя может быть сублимирована и использована в качестве порошка. «Я был крайне удивлен внушительными возможностями нового вещества, особенно с учетом того, как долго химики пытались оптимизировать катализаторы, участвующие в реакции гидродесульфуризации, — говорит руководитель исследования, профессор Меркури Канатзидис. — Так, наш катализатор позволит профильтровать в два раза больше сырой нефти, нежели обычный катализатор. В настоящее время мы проводим эксперименты по увеличению объема нефти, для того чтобы обозначить максимальные возможности черного вещества». Материал, разработанный Северо-Западным университетом, будет выпускаться в формате губки с очень большой площадью покрытия поверхности. Один кубический сантиметр спрессованной субстанции катализирует процесс отделения серы от нефти на площади, эквивалентной половине футбольного поля. Именно способность катализировать химическую реакцию по цепочке, охватывая огромные масштабы, делает синтетическую материю одним из мощнейших адсорбентов. Исследователи также продемонстрировали, как новый халкогель впитывает ядовитые тяжелые металлы из загрязненной воды. Например, закинув черную губку размером со спичечный коробок в воду, можно связать всю разлившуюся ртуть в пределах озера. Халкогель удалит почти 99% всех солей тяжелых металлов, попавших в воду. Столь притягательная сила вещества для ртути обусловлена тем, что ртуть в любой среде прежде всего взаимодействует с серой, атомы которой присутствуют в структуре инновационного материала. Примечательно, что первоначальный вариант халкогеля содержал дорогостоящий элемент платину и показывал не такие блестящие результаты, как нынешний экземпляр, состоящий преимущественно из недорогих, доступных для химиков веществ. Платину американские ученые заменили конгломератом из кобальта и никеля, продемонстрировавшим на практике гораздо лучшие результаты. «Мы преуспели в действительно сложном процессе замены платины на другие материалы, — отмечает г-н Канатзидис. — И только поменяв химическую формулу геля, мы создали оптимальные условия для эффективной адсорбции». В качестве бонуса черной субстанции авторы открытия отмечают, что материал легко и без лишних затрат отделяет примеси не только от жидкостей, но и от газов. Процесс очистки газа подразумевает использование в реакции мягких атомов серы, сосредоточенных в поверхностных слоях губчатого материала. Благодаря захвату углекислоты серной поверхностью вещества химики смогут очищать водород от вредных примесей. Эксперименты показали, что мягкие атомы углекислого газа замедляют продвижение и притягиваются поверхностными атомами серы. Молекулы же водорода по своей химической природе являются твердыми, поэтому они просто не реагируют на появление каталитического вещества. Таким образом, благодаря инновационной структуре синтетической материи химики смогут значительно сократить затраты на очистку ценных веществ от примесей, не жертвуя при этом ее качеством и эффективностью. По материалам www.rbcdaily.ru |
