Globální oteplování představuje velmi závažný problém. Problematika omezování emisí skleníkových plynů se kromě oxidu uhličitého jako hlavního antropogenního skleníkového plynu, týká i emisí metanu a oxidu dusného (N2O). Ten je sice produkován lidskou činností v podstatně menších objemech než CO2 či metan, ale jeho příspěvek ke skleníkovému efektu je přesto podstatný vzhledem k jeho podstatně vyšší účinnosti při vzniku skleníkového efektu. Jedním z největších zdrojů emisí N2O způsobených člověkem je výroba kyseliny dusičné spalováním. Kyselina dusičná je extrémě důležitá chemikálie, sloužící mj. jako základ pro výroby hnojiv. V současnosti jsou sice výrobny kyseliny dusičné vybaveny katalyzátory pro odstraňování N2O z procesních plynů, ale nejvýhodnější a nejekonomičtější umístění katalyzátoru pro eliminaci NO2 s nejmenšími energetickými požadavkyv prostorutěsně za katalytickou oxidaci čpavku není v současnosti možné, protože současné katalyzátory pro rozklad NO2 nedokážou přežít extrémně náročné podmínky v tomto prostoru (vysoká teplota, agresivní plyny, vodní pára).
Našemu týmy se nedávno podařilo připravit katalyzátor na bázi zeolitické matrice obsahující ionty železa, který je velmi odolný proti degradaci za podmínek kladených na vysokoteplotní katalyzátory pro eliminaci oxidu dusného a prokázat, že dosahuje takové životnosti, že může sloužit jako možný základ pro vývoj technologie vysokoteplotní eliminace N2O z procesních plynů. Pro další vývoj a vylepšení katalyzátoru je ale nezbytné pochopit, co je příčinou vysoké stability tohoto materiálu. Naš tým na základě výzkumu různě odolných katalyzátorů pomocí kombinace řady spektroskopických analytických technik za reálných podmínek zjistil, že parametrem, který kontroluje životnost katalyzátoru za náročných podmínek těsně za katalytickou oxidaci čpavku je organizace hliníkových atomů v krystalické mřížce zeolitu. Aktivní centra v zeolitu jsou navázána na mřížkové hliníky. Pouze dva spolupracující atomy hliníku jsou schopné stabilizovat aktivní centrum pro rozklad N2O – dvojmocný kationt železa. Ten zas na oplátku chrání za reakčních podmínek atomy hliníku před vytržením z mřížky, které nakonec vede k rozpadu celého katalyzátoru. Izolované mřížkové hliníky nejsou schopny stabilizovat aktivní centra ve formě dvoumocných kationtů železa, které jsou proto degradována na oxidické částice a katalyzátor ztrácí účinnost. Zároveň izolované atomy hliníku nejsou chráněny proti vytržení z mřížky a dochází k celkovému rozpadu zeolitu. Řízení distribuce hliníku v mřížce zeolitu (v této oblasti je náš tým průkopníkem ve světovém měřítku) pak představuje klíč k vývoji nové, výhodnější generace katalyzátorů pro eliminaci skleníkového N2O při výrobě kyseliny dusičné. Structural stability of metal containing ferrierite under the conditions of HT-N2O decomposition
E. Tabor,K. Mlekodaj, G. Sadovska, M. Bernauer, P. Klein, P. Sazama, J. Dedecek, Z. Sobalik,, Micropor. Mesopor. Mater, 281 (2019) 15-22.