ИСТИНА

Целью проекта является разработка катализаторов на основе нанесенных моно- и биметаллических Pd частиц, проявляющих высокую стабильность и селективность в конверсии биоэтанола в линейные a-спирты (бутанол-1, гексанол-1 и октанол-1)

Development of stable catalysts based on immobilized Pd particles for the selective conversion of bioethanol to linear a-alcohols (butanol, hexanol, octanol)

На финальной стадии проекта будут получены новые данные, позволяющие с одной стороны, расширить фундаментальные знания в области гетерогенного катализа, а с другой стороны выработать конкретные рекомендации по синтезу промышленных катализаторов конверсии этанола, содержащих высокую плотность селективных и стабильных активных центров. Исходя из совокупности ожидаемых фундаментальных результатов и перспектив их прикладного использования, можно утверждать, что они соответствуют мировому уровню, являются важными и востребованными.

Научный руководитель в течение многих лет занимается исследованиями в области гетерогенного катализа и обладает заделом в синтезе и анализе структуры наночастиц переходных металлов (Au, Pt, Pd, Ni, Fe, Co и др…) и установлении закономерностей их каталитического действия в различных процессах, в том числе и в конверсии этанола [1-10]. Список цитируемой литературы: 1. Цодиков М.В., Чистяков А.В., Николаев С.А., Кривенцов В.В., Гехман А.Е., Моисеев И.И. Каталитическая конверсия этанола и триглицеридов жирных кислот // “Химия биомассы: биотоплива и биопластики” ред. С.Д. Варфоломеев, М.: Научный мир, 2017, 790 страниц 2. Nikolaev S.A., Tsodikov M.V., Chistyakov A.V., Zharova P.A., Ezzgelenko D.I. // Journal of Catalysis, 369 (2019) 501. IF = 7.7 3. Nikolaev S.A., Golubina E.V., Shilina M.I. // Applied Catalysis B: Environmental, 208 (2017) 116. IF = 14.2 4. Tsodikov M.V., Ellert O.G., Nikolaev S.A., Arapova O.V., Konstantinov G.I., Bukhtenko O.V., Vasil’kov A.Yu. // Chemical Engineering Journal, 309 (2017) 628. I.F. = 8.3 5. Nikolaev S.A., Golubina E.V., Krotova I.N., Shilina M.I., Chistyakov A.V., Kriventsov V.V. // Applied Catalysis B: Environmental, 168-169 (2015) 303. IF = 14.2 6. Golubina E.V., Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S., Maslakov K.I., S.A. Nikolaev et al // Pure and Applied Chemistry, 90 (2018) 1685. IF = 4.1 7. Chistyakov A.V., Zharova P.A., Nikolaev S.A., Tsodikov M.V. // Catalysis Today, 279 (2017) 124. IF = 4.8 8. Bogdan V.I., Koklin A.E., Nikolaev S.A., Kustov L.M. // Topics in Catalysis, 59 (2016) 1104. I.F. = 2.2 9. Chistyakov A.V., Nikolaev S.A., Zharova P.A., Tsodikov M.V., Manenti F. // Energy 166 (2019) 569. I.F. = 5.7 10. Tsodikov M.V., Nikolaev S.A., Chistyakov A.V., Bukhtenko O.V., Fomkin A.A. // Microporous and Mesoporous Materials, 298 (2020) Article №110089. I.F. = 4.2

Все полученные результаты являются новыми, оригинальными и ценными. Установлено, что при 275 °С на Pd катализаторах образование бутанола-1 из этанола протекает по механизму I на активных центрах Pd0-Al2O3. Построены основные маршруты целевой и побочных реакций. Выявлен основной побочный продукт (этоксиэтан). Установлено, что дезактивация Pd-содержащих катализаторов происходит за счет сорбции на центрах Pd0 монооксида углерода, который выделяется в ходе побочной реакции декарбонилирования этаналя. Разработан подход к синтезу катализаторов, устойчивых к сорбции СО за счет лиганд-эффекта в системах Pd–M (M = Cu, Ce, Fe, Ni, Co, Zn). Установлено, что оптимальным промотором палладиевой компоненты катализатора является медь в составе биметаллических частиц. Установлены оптимальные условия синтеза нанесенных PdCu частиц: метод нанесения Pd и Cu – пропитка, прекурсоры – Pd(NO3)2 и Cu(NO3)2, мольное отношение Pd:Cu=1:1, суммарное содержание металлов – 0.5 вес. %, последовательный порядок нанесения металлов и Твосст = 200 ○С. Установлено, что модификация носителя оксидами щелочноземельных металлов позволяет значительно уменьшить скорость образования эпобочного токсиэтана. Установлено, что активность по бутанолу-1 для наиболее эффективной системы 0.2%Cu(ПР)/0.3%Pd(ПР)/5%BaO(ПР)/Al2O3 составляет 188.2 × 10−4 моль × ч-1 × г-1, что в 3 – 1000 раз выше по сравнению с наиболее активными эталонными и промышленными катализаторами. Установлено, что 0.2%Cu/0.3%Pd/BaO/Al2O3 катализатор работает стабильно без потери активности по бутанолу-1 в течение 100 ч непрерывной эксплуатации. При 40% конверсии этанола, селективность по бутанолу-1 на 0.2%Cu/0.3%Pd/BaO/Al2O3 равна 70%. Суммарная селективность по всем ценным α-спиртам (бутанол, гексанол, октанол) составляет 90%.