Создана автономная система для экологичного производства пропиленоксида

Схема автономной каталитической системы для эпоксидирования пропилена. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63828-x

Ученые разработали экологичную систему, способную производить пропиленоксид (ПО) без использования внешнего электричества или солнечного света. ПО является ключевым сырьем для производства бытовых товаров, таких как полиуретан для диванов и матрасов, а также полиэстера для текстиля и бутылок для воды.

Исследовательская группа под руководством профессоров Джа Хун Квака и Джи-Вука Джана из Школы энергетики и химической инженерии UNIST в сотрудничестве с профессором Сун Джуном Чо из Национального университета Чоннам успешно создала самоуправляемую систему производства ПО, использующую перекись водорода (H₂O₂), генерируемую непосредственно в системе.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Поскольку ПО производится путем окисления пропилена, традиционный процесс полагается на H₂O₂, поставляемом по антрахиноновому процессу, который зависит от ископаемого топлива и приводит к значительным выбросам CO₂.

В отличие от этого, новая система автономно генерирует H₂O₂ посредством электрохимической реакции с участием кислорода и формальдегида, работая спонтанно без внешних источников энергии, таких как электричество или солнечная энергия. Это стало возможным благодаря разнице энергий между двумя реакциями, позволяющей системе функционировать исключительно на химическом потенциале.

Произведенная H₂O₂ реагирует с пропиленом внутри системы для синтеза ПО. Команда перепроектировала структуру катализатора, необходимую для этого процесса окисления, преодолев ограничения традиционных цеолитных катализаторов (TS-1), которые страдают от сниженной активности в щелочных средах — необходимом условии для образования H₂O₂. Это нововведение значительно повысило эффективность последующей реакции окисления пропилена, что привело к улучшению выхода ПО.

Согласно данным исследовательской группы, за 24-часовой период система произвела 1657 микромолей (μmol) ПО на квадратный сантиметр (cm²). Это примерно в восемь раз выше, чем предыдущие экологичные методы производства на основе H₂O₂. Кроме того, процесс может параллельно производить H₂, являющийся чистым энергетическим ресурсом.

Более того, экономические анализы показывают, что эта система может снизить стоимость производства ПО примерно на 8%, до приблизительно 2,168 долларов США (~170 рублей) за килограмм, по сравнению с традиционными методами.

Ее упрощенная конструкция, которая исключает сложные этапы предварительной обработки и оборудование для высоких температур и давлений, наряду с устранением внешних энергозатрат, значительно снижает капитальные и операционные расходы. Более того, локальное производство H₂O₂ минимизирует транспортные и складские расходы.

Профессор Джанг заявил: «Этот модульный процесс можно легко установить на различных площадках, что позволит организовать мелкосерийное, кастомизированное производство и будет способствовать переходу от централизованного крупномасштабного производства к децентрализованным, распределенным системам».

Профессор Квак добавил: «Эта работа представляет собой значительный шаг вперед в преодолении давних ограничений цеолитных катализаторов, прокладывая путь к гораздо более устойчивой и экологически чистой химической промышленности».

Больше информации: Kwang Hyun Kim et al, Self-driven propylene epoxidation on modified titanium silicalite-1 by in situ generated hydrogen peroxide, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63828-x

Источник: Ulsan National Institute of Science and Technology