Un chimico del RUDN ha sintetizzato nuovi catalizzatori con nanoparticelle di rutenio (Ru) per produrre biocarburante da rifiuti organici organici. I nanocatalizzatori supportano reazioni più intense e prolungate rispetto ai composti attualmente disponibili sul mercato. I risultati dello studio sono stati pubblicati nel ChemSusChem rivista.

Raffaele Luca, uno specialista esterno di RUDN, lavora sulla sintesi del gamma-valerolattone (GVL) insieme ai suoi colleghi cinesi e spagnoli. Questo liquido incolore può essere ottenuto dagli scarti alimentari o dagli avanzi della raccolta. GVL può essere utilizzato come solvente sicuro o additivo alla benzina o può essere distillato in idrocarburi, "combustibile verde" per motori a combustione interna.

L'uso industriale di GVL è ostacolato da due problemi principali. Prima di tutto, la sua fabbricazione richiede catalizzatori costosi. L'attuale offerta di mercato è costituita da sostanze a base di metalli preziosi come il rutenio. Secondo, i catalizzatori disponibili non sono in grado di supportare una reazione sostenuta.

Gli autori dell'articolo in ChemSusChem suggerito una soluzione per entrambi i problemi. Hanno sintetizzato quattro nuovi catalizzatori basati su cristalli di biossido di titanio con l'1%, 2 per cento, quota del 3 percento e del 5 percento di nanoparticelle di rutenio (attualmente, i catalizzatori ne contengono oltre il 5%). In una serie di esperimenti, i chimici cercavano non solo i più attivi, ma anche il catalizzatore più stabile in grado di sostenere una reazione per lungo tempo.

I ricercatori hanno preparato GVL dall'idrogenazione dell'acido levulinico o del metil levulinato in presenza di diversi catalizzatori, sia nuovi (a base di biossido di titanio) che già noti. Hanno anche testato l'attività catalitica del biossido di titanio puro, provando ogni sostanza in tutte le condizioni possibili. Gli scienziati hanno cambiato la temperatura, volume di catalizzatore, concentrazione della sostanza iniziale nel solvente, e la velocità di afflusso nel reattore.

Il biossido di titanio puro si è rivelato privo di attività catalitica. Il GVL è stato sintetizzato dalle sostanze iniziali solo in presenza di nanoparticelle di rutenio. Tutti i catalizzatori a base di biossido di titanio sintetizzati dagli scienziati erano attivi, ma la variazione con il contenuto più alto (5 percento) di nanoparticelle ha mostrato la massima efficienza. In sua presenza, la reazione è avvenuta nel 98 percento della sostanza iniziale, e il 97 percento di esso è stato utilizzato per sintetizzare il prodotto target (GVL).

Nonostante la stessa quota di rutenio, i risultati dei catalizzatori precedentemente noti erano considerevolmente inferiori e gli esperimenti non hanno mai impiegato rifiuti organici di metillevulinato. Per esempio, in presenza di un catalizzatore di rutenio a base di carbonio la reazione è avvenuta nell'83 per cento di acido levulinico, e solo il 52 percento è stato assegnato alla sintesi GVL.

L'elevata stabilità dei nuovi catalizzatori è stata una scoperta ancora più importante. Mentre i catalizzatori tradizionali hanno perso la loro attività due ore dopo l'inizio della reazione, le sostanze a base di biossido di titanio hanno migliorato i loro risultati in questo periodo di tempo. Il catalizzatore con una quota del 5% di nanoparticelle di rutenio ha battuto ancora una volta gli altri:GVL ha continuato a sintetizzare continuamente per oltre 24 ore.

"Un modo tradizionale di sintesi GVL prevede reazioni a breve termine in reattori batch, "dice Rafael Luque, professore del Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, e uno specialista esterno di RUDN. "Perciò, non c'erano catalizzatori per la produzione continua di GVL. Siamo riusciti a creare un relativamente economico, altamente efficiente, e sistema catalitico molto stabile basato su cristalli di biossido di titanio. Il potenziale dei nuovi catalizzatori non si limita alla sintesi di GVL:abbiamo intenzione di utilizzarli in altri studi".