QAZAQ GREEN.  Китайские учёные разработали катализатор, который под воздействием света и тепла разлагает уксусную кислоту — одно из соединений, формирующих запах гниющих органических отходов. Результаты исследования, опубликованы в журнале Environmental Science & Technology.

Материал представляет собой слоистый оксид марганца-натрия, легированный литием (Li-MnO₂). Разработкой занималась группа исследователей под руководством Цзинлуна Вана из Центрально-китайского педагогического университета в Ухане совместно с учёными Пекинской академии науки и технологий и Хуачжунского университета науки и технологии. Результаты приведены в дополнительных материалах к научной статье.

В лабораторных испытаниях при температуре 180 °C, концентрации уксусной кислоты 50 ppm и объёмной скорости 60 л·г⁻¹·ч⁻¹ катализатор полностью удалял уксусную кислоту, при этом 74,6% вещества превращалось в CO₂. Для обычного MnO₂ показатель конверсии составил 91,79%, однако в CO₂ превращалось только 8,75% уксусной кислоты, а значительная её часть переходила в промежуточные соединения.

При освещении мощностью от 174 до 291 мВт/см² селективность образования CO₂ у Li-MnO₂ увеличивалась с 34,15% до 100%.

Исследователи связывают высокую активность материала с добавлением лития. По результатам расчётов методом теории функционала плотности, энергия образования кислородной вакансии в структуре материала снижается с 2,11 до 0,66 эВ. Энергетический барьер диссоциации воды, необходимой для образования активных форм кислорода, уменьшается с 1,10 до 0,01 эВ.

Фононные расчёты также показали низкую теплопроводность кристаллической решётки. По мнению авторов, это позволяет дольше удерживать тепло, возникающее под воздействием света, на поверхности катализатора, где происходит реакция.

Материал испытали и в реальных условиях. Катализатор установили на контейнеры с примерно 2,9 кг органических бытовых отходов, включая бананы, цитрусовые, яблоки, груши, хлеб и красное вино. Более 1000 часов концентрация уксусной кислоты в контейнере с катализатором в основном оставалась значительно ниже, чем в контрольном контейнере.

При высокой влажности — около 2,4 об.% H₂O — конверсия сохранялась на уровне примерно 94% в течение 50 часов.

При этом испытания выявили изменение структуры материала. После более чем 1000 часов работы на открытом воздухе на рентгенограмме отработанного катализатора появился дополнительный пик при 8,9°. Доступные материалы исследования не позволяют оценить, как эти изменения влияют на срок службы катализатора.