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 проекта 20-73-10106
НазваниеРазработка катализаторов превращения СО2 в ценные химические соединения
Руководитель Кустов Александр Леонидович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва
Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ
Ключевые слова Гетерогенные катализаторы, оксиды металлов, гидрирование, метанол, углеводороды, диоксид углерода, утилизация CО2, сверхкритические флюиды
Код ГРНТИ31.15.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Для решения проблемы накопления углекислого газа в атмосфере требуется создание экономичных, экологичных и технологичных методов его утилизации. Основной трудностью при химической переработке СО2 является крайне высокая инертность молекулы этого газа, из-за чего требуется использование катализаторов, способных активировать эту молекулу в реакции. Одним из наиболее перспективных способов утилизации СО2 является его каталитическая переработка в ценные продукты, в частности наибольший интерес представляет прямое гидрирование СО2 на гетерогенных катализаторах для получения метанола и углеводородов. Как правило, для этого процесса используются гетерогенные катализаторы на основе драгоценных металлов, что повышает себестоимость конечных продуктов и снижает конкурентоспособность метода. Значительно изменит ситуацию замена катализаторов на основе благородных металлов более дешевыми катализаторами на основе переходных металлов, таких как Fe, Cu, Zn, и некоторых других. Наибольший интерес представляют железосодержащие катализаторы, обладающие низкой стоимостью и достаточно высокой активностью в реакции активации СО2. Однако сами по себе железосодержащие катализаторы в данной реакции имеют и ряд проблем - преимущественное образование СО и/или СН4 из СО2 и дезактивация катализаторов в ходе реакции. Для решения вышеуказанных проблем, в данном проекте планируется использовать новые эффективные гетерогенные нанокатализаторы на основе переходных металлов (Fe, Cu, Zn), как нанесенных на различные подложки, так и полученных методом внедрения на этапе синтеза, а также модифицированных добавками щелочных и щелочноземельных металлов (K, Na, Ca, Mg), для проведения прямой конверсии СО2 в ценные химические продукты. При этом будут подобраны наиболее благоприятные условия проведения реакции. Будут разработаны новые методики синтеза гибридных микро-мезопористых наносистем в качестве носителей на основе оксидов кремния, алюминия, церия и циркония. На основе синтезированных и коммерческих носителей будут приготовлены моно- и биметаллические каталитические системы, содержащие переходные металлы в качестве активного компонента. Будет установлено влияние природы подложки, концентрации активного металла и способа его введения на выход метанола и углеводородов, а также на конверсию углекислого газа. В ходе работы нами будут разработаны оригинальные каталитические системы для гидрирования СО2 на основе синтезированных носителей. С целью установления взаимосвязи между свойствами активных центров катализаторов и выходом целевых продуктов, все катализаторы будут исследованы рядом физико-химических методов анализа до и после проведения реакции, в том числе методами электронной микроскопии (SEM, TEM, EDS-SEM), высокоинформативными спектральными методами (UV-ВИД диффузного отражения, РФА, DRIFTS), адсорбционными методами, TПВ/TПД и DTA/TG.
Будут усовершенствованы технологии и условия проведения реакции гидрирования СО2, что будет способствовать увеличению реакционной способности и селективности по отношению к метанолу и углеводородам. В случае проведения реакции в газовой фазе производительность ограничена низкой концентрацией компонентов в реакционной среде, а в случае проведения процесса в жидких растворителях ограничения производительности вызваны медленной диффузией реагентов к активным центрам, диффузией продуктов от этих центров. Существенно изменить ситуацию может проведение процесса в сверхкритических условиях по СО2. В этих условиях СО2 является сверхкритическим флюидом – безопасным и экологичным растворителем. Сверхкритический СО2 может растворять в больших количествах неполярные вещества, такие как водород. Как было показано в наших работах ранее, переход в сверхкритическое состояние в данной реакции приводит к изменению селективности в сторону образования легких углеводородов и спиртов. Кроме этого, проведение указанного процесса в сверхкритическом СО2 позволит значительно увеличить производительность процесса за счет увеличения плотности реакционной среды и увеличить срок эксплуатации катализатора без регенерации за счет предотвращения зауглероживания поверхности катализатора из-за удаления продуктов уплотнения с поверхности катализатора сверхкритической фазой. Совместное использование дешевого высокоактивного оптимального катализатора на основе переходных металлов и сверхкритических условий позволит создать выгодный конкурентоспособный процесс утилизации СО2 и получения ценных химических продуктов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ