Ученые из Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН превратили синтетический гидроксиапатит — аналог природного минерала, широко использующегося в стоматологии — в катализатор для очистки нефти. Авторы разместили материал в горячий раствор, находящийся под высоким давлением, и ввели остатки молибденовой кислоты. Благодаря этому гидроксиапатит стал «восприимчив» к химическим реакциям и при этом сохранил большое количество пор, необходимых для «удержания» загрязнителей. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.
Гидроксиапатит — природный минерал с пористой структурой, благодаря которой его было бы удобно использовать в составе катализаторов для очистки нефти. Однако из-за инертности (т.е. неспособности участвовать в химических превращениях) этот материал не используется для поглощения загрязняющих веществ. Исправить этот недостаток можно за счет так называемых молибдат-ионов — остатков молибденовой кислоты, которые активно обмениваются электронами с другими веществами. Поэтому ученые ищут оптимальный способ получения гидроксиапатита, содержащего молибдат-ионы.
Один из таких способов — на основе гидротермальной обработки — предложили исследователи из Института металлургии и материаловедения РАН. Получив синтетический гидроксиапатит из солей-«предшественников», авторы поместили его в горячий раствор, температура которого поддерживалась в диапазоне от 140 до 180 градусов Цельсия, и стали добавлять к нему разное количество солей молибдена. Это должно было продемонстрировать, как концентрация молибдат-ионов влияет на свойства материала.
Оптимальной для обработки гидроксиапатита оказалась температура в 140 градусов Цельсия, а концентрация молибдат-ионов — 1,5 % к общему количеству вещества. Такие условия позволили получить однородную структуру материала с максимальным количеством наноразмерных пор (величиной в сотни тысяч раз меньше миллиметра). Если же молибдат-ионов было больше, а температура достигала 180 градусов Цельсия, материал разделялся на два компонента, один из которых состоял из наноразмерного гидроксиапатита, а второй — из молибдата кальция. Последний образовывал более крупные кристаллы и «межкристальные» поры, из-за чего пористость материала снижалась втрое, а его свойства как катализатора и поглотителя загрязняющих веществ серьезно ухудшались.
«Наше исследование показало, каким образом можно управлять структурой гидроксиапатитов, содержащих молибдат-ионы. Предложенный подход поможет упростить получение таких материалов, перспективных для очистки нефти и используемых в качестве катализаторов для иных процессов, например, расщепления загрязнителей почвы и воды. В дальнейшем мы планируем исследовать каталитическую активность таких материалов для разных процессов «зеленой химии», например, для окисления бензилового спирта и глицерина при мягких условиях», — цитирует Российский научный фонд одного из авторов исследования, кандидата химических наук Маргариту Гольдберг.
