КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 23-73-00109

НазваниеБиметаллические Ag-Cu катализаторы, нанесенные на тройные CeO2-ZrO2-MnOx(SnO2) носители с регулируемой структурой, для окислительных процессов очистки выхлопных газов

РуководительСалаев Михаил Анатольевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2026 г.

Конкурс№79 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Объект инфраструктуры Центр коллективного пользования «Национальный центр исследования катализаторов».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые словабиметаллические катализаторы, серебро, медь, CeO2-ZrO2-MnOx, CeO2-ZrO2-SnO2, смешанные оксиды, синергетический эффект, низкотемпературное окисление, СО, окисление сажи

Код ГРНТИ31.15.28

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Загрязнение атмосферного воздуха является глобальной экологической проблемой, а разработка способов снижения выбросов вредных веществ промышленными предприятиями и автотранспортом была и остается актуальной задачей. По данным Всемирной организации здравоохранения, загрязнение атмосферного воздуха является причиной 6,7% смертей во всем мире. Уменьшая уровень загрязнения воздуха, многие государства смогут снизить заболеваемость сердечно-сосудистыми заболеваниями, раком легких, хроническими и острыми респираторными заболеваниями. Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является каталитическое окисление вредных соединений до СО2 и воды. С точки зрения безопасности, энергосбережения, стоимости и экологичности процессов очистки воздуха от частиц сажи и СО, перспективным является реализация каталитического окисления при низкой температуре. Значительная часть исследуемых катализаторов низкотемпературного окисления представляют собой композиции на основе благородных металлов (Pd, Pt, Au, Rh), нанесенные на оксидные носители. Однако, использование таких катализаторов для прикладных задач осложнено, в первую очередь, ввиду их высокой стоимости. Более дешевыми катализаторами, традиционно применяемыми в промышленности для процессов дожига сажи, являются алюмохромовые и медноалюмохромовые катализаторы. Однако их использование является неэкологичным. Следовательно, разработка доступных и стабильных катализаторов для низкотемпературного окисления СО и горения частиц сажи требует новых решений и подходов. Настоящий проект направлен на дизайн биметаллических Ag-Cu катализаторов, нанесенных на CeO2-ZrO2-MnOx и CeO2-ZrO2-SnO2 оксидные носители. Замена дорогостоящих благородных металлов на более доступное серебро и медь, а также возможность управления каталитическими свойствами данных материалов за счёт синергетического эффекта нанесённых биметаллических частиц и смешанного оксидного носителя, обладающего собственной каталитической активностью, термической стабильностью, высокой кислородной емкостью и подвижностью активного кислорода, позволяет получить доступные катализаторы с сохранением эффективности в процессах каталитической очистки воздуха от выбросов двигателей внутреннего сгорания. Новизна проекта состоит как в выборе объекта исследования в данном процессе, поскольку каталитическая композиция Ag-Cu является малоизученной, особенно в комбинации с CeO2-ZrO2-MnOx и CeO2-ZrO2-SnO2 носителями, так и обосновании способов получения, дизайна и управления свойствами многокомпонентных катализаторов. С привлечением исследовательских мощностей ЦКП «Национальный центр исследования катализаторов» в проекте предполагается исследование особенностей формирования активной поверхности катализатора при варьировании условий синтеза, а также закономерностей изменения структуры катализатора при термической обработке и под воздействием реагентов, что позволяет создавать научные подходы получения катализаторов окисления СО и высокодисперсных частиц сажи. Результаты работ будут опубликованы в реферируемых журналах в области катализа и будут представлены на всероссийских и/или международных профильных конференциях.

Ожидаемые результаты
1. Наиболее важным научным результатом проекта является разработка принципов управления каталитическими свойствами многокомпонентных нанесённых катализаторов за счёт управления фазовым составом и межфазными взаимодействиями, а также текстурными характеристиками, определяющими как каталитические свойства материалов, так и эксплуатационные характеристики, такие как термическая стабильность, возможность нанесения/встраивания в существующие системы очистки выхлопных газов, содержащие загрязнители, в частности, СО и дисперсные частицы сажи. 2. Особое внимание в проекте уделяется необходимости снижения содержания в катализаторах дорогостоящих благородных металлов. Решение этой проблемы предполагается за счёт создания композиции на основе оксидов циркония, церия, марганца и олова, которая проявляет собственную каталитическую активность, а также использования добавки серебра к меди в качестве более доступного металла, но обладающего высокой активностью в окислительных процессах. 3. Для процессов окисления CO и сажи ключевым является создание центров активации кислорода. В настоящем проекте будут выявлены особенности реакционной способности оксидов циркония, церия, марганца и олова, а также влияние способа получения смешанных оксидных носителей на их совместное взаимодействие, взаимодействие с нанесёнными металлами (активными компонентами). 4. Особенности формирования биметаллических Ag-Cu частиц на поверхности смешанных оксидов CeO2-ZrO2-MnOx(SnO2) в зависимости от соотношения металлов и, как следствие, особенности взаимодействия серебра с медью и поверхностью носителей, а также особенности изменения состояния активной поверхности под воздействием окислительно-восстановительных обработок. Научная значимость состоит в понимании процессов синергетического действия в биметаллических наночастицах, а также кооперации центров «активных» носителей и нанесённых металлов в окислительных процессах, в частности, окисления СО и сажи. 5. Научные подходы к приготовлению эффективных и доступных биметаллических катализаторов окисления СО и частиц сажи, служащие основой для последующей разработки технологии получения новых экологических катализаторов. Практическая значимость результатов проекта состоит в возможности получения принципиально новых каталитических материалов, отличающихся отсутствием дорогостоящих благородных металлов, а также высокой активностью и стабильностью за счёт регулирования состава и межфазных взаимодействий. Возможно нанесение разработанных в рамках проекта композиций на керамические ячеистые блоки, что позволит создать конкретное изделие, встраиваемое в систему очистки выхлопных газов. Такой подход позволит значительно приблизить получаемые результаты к решению реальных задач по очистке воздуха. Социальная значимость проекта состоит в возможности решения задач очистки воздуха с соответствующим снижением нагрузки на здоровье людей, что благоприятно скажется на качестве жизни. Особо это актуально для людей, проживающих в больших городах с развитой транспортной инфраструктурой, а также в городах с большим количеством промышленности: угольной, металлургической, химической и т.д.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---