Дослідники з Корейського інституту енергетичних досліджень (KIER) розробили нову технологію розкладання холодоагенту R134a за допомогою промислових відходів.
Технологія має кілька потенційних екологічних переваг: вона зменшить викиди парникових газів, утилізує токсичний промисловий побічний продукт і буде більш енергоефективною, ніж існуючі методи знищення HFC.
У лабораторії водневих композитів KIER дослідницька група доктора Лі Шін Геуна успішно розклала HFC R134a з ефективністю 99%, використовуючи «червоний шлам» як каталізатор.
Сировина червоного шламу з промислових відходів (ліворуч) Каталізатор червоного шламу, виготовлений у гранули (праворуч)
Червоний шлам є побічним продуктом виробництва алюмінію, містить оксиди заліза, алюмінію та кремнію та має червоний колір. Щороку виробляється понад 200000 тонн. Зараз більшість червоного шламу вивозиться на звалища, але він має високу лужність і містить важкі метали, які можуть забруднювати ґрунт і воду.
Традиційно R134a в основному обробляється спалюванням і плазмовими методами, але спалювання призводить до вторинного забруднення, тоді як плазмові методи вимагають високих температур, споживають багато енергії та збільшують витрати на обладнання. Щоб вирішити ці проблеми, дослідницька група розробила технологію каталітичного розкладання, яка може працювати при нижчих температурах, ніж плазма. Вони виявили, що металеві компоненти, такі як залізо та алюміній у червоному шламі, можуть взаємодіяти один з одним, утворюючи потужний і стабільний каталізатор розкладання холодоагенту.
Червоний шлам має пористу структуру, велику площу поверхні на одиницю маси та високу термічну стабільність, що дозволяє реакційним матеріалам ефективно протікати та запобігає фізичній та хімічній деформації та пошкодженню каталізатора. Крім того, червоний шлам також може служити опорою для створення середовища, сприятливого для каталітичних реакцій і підвищення довговічності та активності каталізатора.
Для подальшого посилення ефекту розкладання дослідницька група використала простий процес термічної обробки для сприяння взаємодії компонентів кальцію, кремнію та алюмінію для утворення композитного матеріалу трикальцієвого алюмінату та кальцієво-алюмінієвого польового шпату. Цей матеріал зазвичай використовують для підвищення міцності цементу. Це може посилити силу зв'язування частинок каталізатора та розширити зону реакції, тим самим покращуючи ефект розкладання.
Фтористий водень, що утворюється під час розкладання R134a, реагує з оксидом кальцію з утворенням фториду кальцію. Цей хімічно стійкий фторид кальцію утворює тонку плівку на поверхні каталізатора, захищаючи каталізатор і запобігаючи його виходу з ладу.
Каталізатор, розроблений дослідницькою групою, підтримував високу швидкість розкладання понад 99% протягом 100 годин, показуючи чудову ефективність розкладання. Завдяки простому процесу сушіння та подрібнення можна виготовити 1 кг каталізатора на годину, що зручно для великомасштабного виробництва.
Оскільки сировина є переробленими промисловими відходами, немає витрат, що може зменшити витрати на утилізацію відходів і створити додатковий прибуток.
Доктор Лі Сінген сказав: «Червоний шлам — це сильна лужна речовина, яка спричиняє серйозне забруднення, якщо потрапляє в навколишнє середовище, але не було відповідної технології обробки та переробки. Розроблена нами технологія виробництва каталізатора може не лише переробляти відходи та зменшувати навколишнє середовище. забруднення, а також ефективно розщеплює холодоагенти з сильним парниковим ефектом».
