Каталізатор з риб’ячих кісток перетворює агропластик на біоолію

22 серпня 2026 р. 23:54

22 серпня 2026 р. 23:54

Низькощільна поліетиленова мульчувальна плівка допомагає зберігати вологу в ґрунті, регулювати температуру та стримувати бур’яни, але її залишки накопичуються на полях, утворюють мікропластик і спричиняють тривале забруднення. Нова робота, опублікована в журналі Sustainable Carbon Materials і описана на ресурсі Newswise Science News , показує, що відходи риб’ячих кісток можна перетворити на ефективний каталізатор для переробки такої плівки на цінну біоолію, багату на олефіни.

Як риб’ячі кістки перетворили на каталізатор

Команда Юньфена Чжао (Yunfeng Zhao) з Університету Шихецзи використала кістки білої риби як основу для каталізатора. Спочатку попередньо оброблений кістковий матеріал занурювали в розчини фосфорної кислоти з концентрацією від 0 до 40 мас.%. Після промивання та сушіння на модифіковані кістки наносили від 0 до 30 мас.% заліза, використовуючи нітрат заліза.

Отримані прекурсори карбонізували при 600 °C у середовищі азоту за допомогою мікрохвильового нагрівання потужністю 800 Вт. Далі каталізатори детально охарактеризували за допомогою рентгенівської дифракції, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії, електронної мікроскопії, інфрачервоної спектроскопії, адсорбції азоту, температурно-програмованої десорбції та відновлення, а також елементного аналізу.

Ці дослідження показали, що фосфорна кислота руйнує кристалічну структуру гідроксіапатиту в кістках і створює кислотні центри Бренстеда та Льюїса. Додавання заліза формує дрібнодисперсні наночастинки заліза та стабільні міжфазні зв’язки Fe–O–P, які відіграють ключову роль у каталізі.

Піроліз аграрної плівки в двоступеневому реакторі

Щоб перевірити ефективність каталізаторів, дослідники застосували двоступеневий реактор із розділеними зонами піролізу та каталізу. Мульчувальну плівку з низькощільного поліетилену нагрівали в азоті протягом 40 хвилин, а утворені пари пропускали через шар каталізатора перед конденсацією.

Порівнювали кілька варіантів: немодифікований вуглецевий матеріал з кісток, кістки, оброблені лише фосфорною кислотою, кістки з кислотною модифікацією та завантаженням заліза, а також піроліз без каталізатора. Дослідники змінювали температуру піролізу від 450 до 650 °C, температуру каталізу від 300 до 500 °C і співвідношення каталізатору до сировини від 0:1 до 3:1.

Без каталізатора піроліз давав 72,3 мас.% біоолії з селективністю до олефінів 43,78%. Обробка фосфорною кислотою підвищувала селективність до олефінів приблизно до 80% . Оптимізований каталізатор, позначений як 20Fe–30P@FC, забезпечив вихід біоолії 89,32 мас.% і селективність до олефінів 84,03% .

При цьому 99,78% отриманих вуглеводнів припадало на цінний діапазон C6–C12, придатний як сировина для палива та хімічної промисловості, а вихід коксу становив лише 0,43% . Найкращі умови роботи включали температуру піролізу 550 °C, каталізу 350 °C і співвідношення каталізатору до сировини 1:2.

Стабільність і механізм дії «риб’ячого» каталізатора

Після п’яти циклів регенерації каталізатор зберіг високі показники: вихід біоолії становив 86,52 мас.%, селективність до олефінів — 82,32%, а частка фракції C6–C12 — 99,11%. Це свідчить про відносно стабільну роботу системи, хоча повна довготривала стійкість ще потребує подальшої оцінки.

Автори роботи пояснюють, що фосфорна кислота та залізо діють узгоджено, керуючи розщепленням полімерних ланцюгів і процесами дегідрування. Кислотні центри на поверхні кісткового вуглецю утворюють карбокатіонні проміжні частинки та сприяють контрольованому розриву зв’язків C–C. Розташовані поруч центри заліза полегшують перенесення водню, утворення олефінів і швидку десорбцію продуктів.

Завдяки такій взаємодії вдається пригнічувати надмірне розщеплення, ароматизацію та утворення коксу, що зазвичай знижують вихід рідких продуктів і деактивують каталізатор.

Перспективи для відходів аграрної плівки та рибної промисловості

Дослідження демонструє перспективну, відносно дешеву стратегію, яка одночасно дає змогу утилізувати відходи риб’ячих кісток і переробляти відпрацьовані сільськогосподарські плівки на цінні легкі вуглеводні. Водночас автори наголошують, що потрібні подальші роботи для покращення довготривалої стійкості до накопичення вуглецю на каталізаторі та оцінки ефективності на більших масштабах.

Якщо ці виклики вдасться подолати, подібні каталізатори можуть стати важливою ланкою у створенні більш замкнених і ресурсоефективних циклів використання вуглецевих матеріалів в аграрному секторі.

Наука