На главную
Вход | English

 
Структура Института
Издательская деятельность
СМИ об Институте
История ИК СО РАН
Версия для печати | Главная > Институт > Структура Института > Отдел материаловедения и функциональных материалов > Лаборатория исследования и испытания новых материалов в катализе > Основные достижения

Основные достижения

1. Разработан новый класс активных катализаторов на основе стекловолокон (СВ), способных стабилизировать высокодисперсные наночастицы Pt и Pd (~1 нм) в объеме стекловолокна на глубине до 10-20 нм. Несмотря на экстремально низкое содержание благородных металлов (0,01-0,02% вес.), они проявляют уникальные, по сравнению с традиционными нанесенными системами, каталитические свойства. Так, в селективном гидрировании ацетилена 0,02%Pd/СВ катализатор показал 60%-ый прирост по этилену при полном превращении ацетилена, что выше, чем на промышленных биметаллических катализаторах. Установлено, в силу объемной локализации активных центров этилен из газовой фазы не участвует в реакции, поэтому нежелательный этан образуется главным образом из ацетилена. Аналогично, 0,02%Pt/СВ катализатор с содержанием платины в 30 раз меньше, чем у промышленного катализатора АП-56 (Pt/Al2O3), показал значения TOF в глубоком окислении углеводородов на порядок выше. Это обусловлено способностью высокодисперсных Pt металл-оксидных кластеров активировать более реакционноспособные молекулярные формы кислорода. В результате оказалось возможным окислять вредные летучие органические соединения до безопасных диоксида углерода и воды при очень низких температурах.

Для коммерциализации стекловолокнистых катализаторов создана пилотная установка для их приготовления, наработаны опытно-промышленные партии, которые успешно испытаны в промышленных условиях. Так, палладиевый катализатор испытан в процессе гидроочистки бутадиен-бутиленовой фракции от ацетиленовых углеводородов на ПАО СНХЗ (г. Стерлитамак). По сравнению с промышленным КПШ-1,5, содержащим 1,5% палладия, 0,02%Pd/СВ катализатор оказался в 3 раза производительнее, причем удалось значительно снизить потери бутадиена. Платиновый катализатор был испытан на ПАО Нижнекамскнефтехим (г. Нижнекамск) для очистки отходящих газов завода Мономер от таких вредных соединений как оксид углерода, формальдегид, изобутилен и др. Несмотря на весьма неблагоприятные условия (примеси фосфора, водяной пар, пыль), Pt/СВ катализатор с содержанием платины всего 0,02% успешно эксплуатируется уже более четырех лет с эффективностью дожига вредных веществ более 99,9%.


2. Данный катализатор показал также высокие активность и стабильность в окислительной деструкции летучих хлорорганических соединений, включая такие опасные для окружающей среды и человека вещества как диоксины. В частности, в лаборатории Агенства по защите окружающей среды (EPA) Air pollution and control division (Durham, USA) было показано, что содержание в атмосфере одного из самых трудноразлагаемых диоксинов – тетрахлордибензодиоксина (1,2,3,4-TeCDD) – можно каталитически снизить до безопасного уровня (< 0,04 ppb) без образования вторичных диоксинов.


3. Совместно с компанией Honeywell UOP (США) разработан процесс жидкофазного окисления p-ксилола в терефталевую кислоту с применением ионных жидкостей, что позволило значительно снизить (< 50 ppm) концентрацию нежелательного p-карбоксибензальдегида в продукте реакции. В результате появилась реальная перспектива создания новой технологии получения чистой терефталевой кислоты без дорогостоящей стадии гидроочистки.


4. Разработана лабораторная методика синтеза высокоселективных платино-рениевых катализаторов гидрирования органических кислот в мягких условиях. Высокодисперсные 0,5 нм Pt-ReOx (x ≤ 1) субнанометровые активные центры с атомным отношением Re:Pt = 2 были стабилизированы на поверхности диоксида титана и активированного углерода. При температурах 70-130°С катализаторы проявили высокие активность (TOF до 50 ч-1) и селективность/энантиоселективность (до 99%) в жидкофазном гидрировании жирных кислот, а также L-яблочной кислоты и аминокислот (L-аланин) в L-лактоны и L-спирты, что приближало их по каталитическому действию к гомогенным металл-органическим пинцер комплексам.


5. Разработаны эффективные низкотемпературные RuOClOx катализаторы для реакции Дикона, оксихлорирования легких парафинов, значительно превышающие по активности существующие катализаторы. В окислении легких парафинов молекулярным хлором селективность по этилену и пропилену достигает 90-95% при практически полном превращении хлора.


6. Разработан высокоселективный полифункциональный Pt/ГПК катализатор, способный окислять пропан молекулярным кислородом в присутствии водорода с селективностью по пропилену более 90%.


7. Создана оригинальная методика расшифровки изотопных кривых отклика, позволяющая выявлять основные направления протекания реакции, определять концентрации промежуточных соединений и константы скоростей стадий. На конкретных примерах показано, что:

  • эпоксидирование и полное окисление этилена на серебряных катализаторах протекает с участием электрофильного и нуклеофильного кислородов. Формирование электрофильного (эпоксидирующего) кислорода происходит как из нуклеофильного, так и с участием приповерхностного кислорода;
  • селективное восстановление NO метаном на Co-ZSM-5 протекает по двум параллельным маршрутам, как на катионах кобальта, так и на парных центрах Co2+- OH, причем частота оборотов на центрах Co2+-OH на порядок больше;
  • ключевую роль в селективном окислении легких олефинов на VOX/TiO2 играет вода, способствующая образованию гидратированных форм V(V).
  • в парциальном окислении углеводородов на Mo-V-Te-Nb оксидных катализаторах участвует кислород решетки, а глубоком – слабосвязанный диссоциативно-адсорбированный кислород. Концентрация последнего зависит от фазового состава и увеличивается в ряду: орторомбическая фаза (M1) < псевдогексагональная фаза (M2) < фаза структурного типа Мo5О14, и, как следствие, падает селективность реакции.




Copyright © catalysis.ru 2005-2018