Катализаторы и процессы превращения возобновляемого сырья, включая целлюлозу и другие биополимеры

При исследовании сжигания бурого угля, опилок и их смесей в кипящем слое катализатора при температурах 650-750 °С показано, что увеличение содержания опилок в смеси с бурым углем приводит к увеличению степени выгорания твердого топлива, при этом учитываемый выброс парникового газа в виде СО2 снижается. Также снижается выброс СО, NOx. Оптимальная температура, при которой достигается степень выгорания 94.4-99.9%, составляет 750 °С. Использование технологии сжигания в кипящем слое катализатора может привести не только к эффективной переработке отходов лесозаготовки и деревообрабатывающей промышленности, но и снизит антропогенную нагрузку с точки зрения выброса CO2. В настоящей работе проведено комплексное исследование каталитической гидроконверсии модельных N-/O-/S-содержащих соединений продуктов пиролиза иловых осадков (ППИО) коммунальных очистных сооружений, в том числе индола, дибензотиофена (ДБТ) и смеси ненасыщенных и насыщенных свободных жирных кислот (С16-С20). В случае использования катализатора MoNiN/γ-Al2O3 конверсия индола достигла 100% уже через полтора часа после начала реакции, а через 180 мин основным продуктом превращения индола являлся этилциклогексан. Сульфидная система MoNiPS/γ-Al2O3 менее активна в гидродеазотировании индола при заданных условиях, чем катализатор MoNiN/γ-Al2O3. Тем не менее, сульфидированный катализатор оказался более эффективен в осуществлении совместного удаления N и S из смеси индола и ДБТ. При исследовании гидроконверсии реальных ППИО выявлены те же тенденции, как и в случае модельных соединений. Исследованы реакции окисления пероксидом водорода ненасыщенных смоляных и жирных кислот, а также третичных алифатических аминов, протекающие в условиях межфазного катализа в системе толуол-вода, в присутствии бифункционального катализатора [(Octn)3NMe]3{PO4[WO(O2)2]4}. Определены изменения в структуре катализатора [(Octn)3NMe]3{PO4[WO(O2)2]4}, происходящие при хранении на воздухе при комнатной температуре. Определены кинетические закономерности окисления метилолеата в соответствующий эпоксид. Найдено, что энергия активации эпоксидирования составляет 49 ± 2 кДж/моль. Установлено, что реакцию окисления N-(фосфонометил)-иминодиуксусной кислоты (ФИДУК) до ее N-оксида следует проводить в присутствии катализатора [(Octn)3NMe]3{PO4[WO(O2)2]4} при 4-х кратном избытке пероксида водорода, соотношении [ФИДУК] /[Cat] ≤ 250 и температуре, не превышающей 70 °С. Проведены работы по разработке научных основ синтеза мезопористых носителей с высокой удельной поверхностью и термостабильностью на основе MgAl2O4, допированного катионами Fe, Cr, Ti, и нанокомпозитных активных катализаторов с иерархической структурой на их основе. Для оценки эффективности синтеза была проведена детальная характеризация текстурных, структурных, транспортных и поверхностных свойств данных материалов, а также оценена их реакционная способность и каталитические свойства в реакциях трансформации биотоплив в синтез-газ и водород (углекислотная конверсия метана и паровая конверсия этанола). Гетерогенные биокатализаторы для процессов низкотемпературного синтеза ценных продуктов органической химии – сложных эфиров, были приготовлены путем адсорбционной иммобилизации рекомбинантной липазы rPichia/lip на носителях различной химической природы: гидрофильном мезопористом силикагеле (SiO2) и гидрофобном макропористом углеродном аэрогеле (МУА). Показано, что этерифицирующая активность и каталитическая константа липазы, иммобилизованной на гидрофильном силикагеле, были в 20-30 раз меньше, чем для фермента на гидрофобном углеродном аэрогеле. В 2021 году проведено детальное изучение ключевой стадии 4-х стадийного синтеза получения [2,2]-парациклофана, а именно реакции элиминирования по Гофману галогенида п-метилбензилтриметиламмония с образованием промежуточного п-ксилилена, с образованием in situ [2,2]-парациклофана. Установлены оптимальные условия эффективного осуществления реакции. Проведены исследования по изучению реакции окисления N-(фосфонометил)-иминодиуксусной кислоты (ФИДУК) до глифосата в присутствии гомогенных бифункциональных катализаторов состава Q3{PO4[WO(O2)2]4} в духфазной жидкой системе. Установлено, что выбранные условия для каталитического окисления ФИДУК пероксидом водорода достаточно эффективны и позволяют проводить реакцию окисления в одну стадию при малых концентрациях катализатора [Cat]/[Sub]/[H2O2] = 1/1500/2700 с высокими значениями TON и TOF, ч-1, составляющими 1400 и 460 ч-1, соответственно. По направлению превращения микробиальной биомассы в ценные продукты проведен поиск штаммов микроорганизмов, продуцирующих углеводы. Показана возможность синтеза экзополисахаридов с использованием штамма Bifidobacteriumlongum B8 (производительность 27.5 г/л). Проведен синтез отличающихся степенью кислотности и строением органического катиона катализаторов на основе гетерополикислоты (ГПК) H4PMo11VO40 для получения муравьиной кислоты из микробиальной биомассы. Синтезирован моноатомный Ni-катализатор на азотсодержащем пористом углеродном носителе c содержанием Ni – 1 масс.% для реакции получения водорода из муравьиной кислоты.