Новые гетерогенные катализаторы на основе солей металлов для изомеризации и олигомеризации полупродуктов нефтехимии.

Проект посвящен разработке гетерогенных катализаторов на основе хлоридов металлов и исследованию их каталитической активности в важных промышленных процессах. В настоящее время каталитические технологии играют жизненно важную роль в экономическом развитии химической промышленности. Примерно 90% объема современного химического производства основано на каталитических процессах. Особую значимость каталитические процессы представляют с точки зрения охраны природы. Одной из основных тенденций развития химической промышленности является стремление к более “чистым” технологиям, оказывающим минимальное воздействие на окружающую среду. Так, например, использование гомогенных кислотных катализаторов (например, H2SO4, HCl, p-толуолсульфокислота, AlCl3, FeCl3, SnCl4 и многие другие) в различных промышленных процессах сопряжено со значительным количеством токсичных и едких отходов, которые зачастую сложно утилизировать. При этом, как правило, большая часть отходов образуется на стадии выделения продукта, когда типичная нейтрализация воды (для кислотных или щелочных систем) приводит к образованию больших объемов опасных отходов. Более того, гомогенные кислотные катализаторы оказывают коррозионное воздействие на материал оборудования, что приводит к поломкам и, как следствие, дополнительным затратам на ремонт. В рамках данного проекта нами была приготовлена серия гетерогенных катализаторов на основе хлоридов различных металлов, нанесённых на силикагель. Полученные катализаторы были исследованы в важном нефтехимическом процессе – реакции изомеризации эндо-тетрагидродициклопентадиена в экзо-тетрагидродициклопентадиен, применяемом для приготовления высокоэнергетического топлива JP-10. Полученные гетерогенные катализаторы были охарактеризованы с помощью современных физико-химических методов исследования, таких как SEM, низкотемпературная адсорбция азота, термопрограмируемая адсорбция/десорбция аммиака (NH3-TPD) и ИК-спектроскопия. Было обнаружено, что нанесенный на силикагель AlCl3 проявляет превосходную каталитическую активность и высокую селективность без побочных реакций, тогда как NbCl5 и ZnCl2, показали гораздо меньшую каталитическую активность. В то же время, добавление алкилгалогенидов, таких как 1,2-дихлорэтан, снижало каталитическую активность. Используя оптимизированную каталитическую систему, мы провели изомеризацию эндо-ТГДЦПД в экзо-ТГДЦПД в мягких условиях (50 °C) с высокой скоростью, с конверсией более 98% и селективностью более 99%. Интересно, что различные цеолиты в таких условиях оказались неэффективными катализаторами изучаемой реакции. В рамках данного проекта мы также определили термодинамические и кинетические параметры реакции эндо-экзо изомеризации, провели сравнительные эксперименты с цеолитами и приготовили бифункциональный катализатор, применение которого позволит получить целевой экзо-тетрагидродициклопентадиен непосредственно из дициклопентадиена. На заключительном этапе исследования был приготовлен бифункциональный катализатор, содержащий помимо хлорида алюминия частицы палладия. Предварительные эксперименты показали, что данный бифункциональный катализатор может быть использован для one-pot синтеза целевого экзо-ТГДЦПД непосредственно из ДЦПД.