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

В работе исследовался процесс карбонизации биомассы с последующим выщелачиванием минеральной части с целью получения пористого углерода. В качестве биомассы использовались отходы сельского хозяйства – пшеничные отруби и рисовая шелуха. Для сравнения, аналогичному воздействию подвергались бурый уголь и торф. В результате из биомассы получается пористый углерод, удельная поверхность которого может достигать значений более 350 м2/, а объем пор – 0,28 см3/г. Образцы, полученные из торфа и угля, демонстрируют более низкие значения текстурных характеристик. По второму направлению проводились исследования влияния состава активного компонента и носителя серии моно- и биметаллических катализаторов Ni и Mo-Ni, нанесенных на цеолит (цеолит = MOR, Y, ZSM-5, ZSM-23), на их активность и селективность в процессе гидрообработки технической олеиновой кислоты в реакторе периодического действия. Цель данного направления показать возможность применения данных каталитических систем в процессе переработки растительных липидов, в том числе отходов пищевых производств, в компоненты высококачественных моторных топлив. Кроме того, актуальным является исследование процесса гидрирования фурфурола. Основным продуктом гидрирования являлся 2-метилфуран, который позиционируется как одной из наиболее перспективных топливных высокооктановых добавок. Также 2-метилфуран находит широкое применение в качестве растворителя, участвует в производстве ароматизаторов и пестицидов и используется в фармацевтике и медицине. Наибольший выход 2-метилфурана (64 %) был достигнут в присутствии катализатора 7Ni19Cu61Fe13Al, что коррелирует, по данным хемосорбции СО, с более высокой поверхностью активен в хлористом метилене - S-сульфоксиды. Разработан новый one-pot процесс получения катализатора делигнифиого компонента. С применением методов УФ-, видимой и 51V ЯМР-спектроскопии изучено образование ванадиевых комплексов с синтезированными энантио- и диастереомерно чистыми полидентатными тетрагидросалицилиденовыми лигандами дитерпенового ряда. Полученные каталитические комплексы протестированы в реакции окисления прохиральных сульфидов водным 35 % раствором пероксида водорода. В результате исследований окисления прохиральных сульфидов было показано, что хиральные сульфоксиды образуются с выходами 28 – 90 % и энантиомерным избытком (ЭИ) до 96 %. Обнаружено, что природа используемого растворителя определяет конфигурацию сульфоксида. Установлено, что в этаноле образуются R-сульфоксиды, акации древесины – тетраметил-9,10-антрахинона (ТМАХ) и его производных,  основанный на би-функциональных (кислотных и окислительных) свойствах растворов ГПК. ТМАХ можно синтезировать в растворах ГПК из гидрохинона (ГХ) и 2,3-диметилбутадиена. Оптимизация процесса, протекающего в присутствии гидрофильного растворителя (диоксана), обеспечила получение 2х-компонентного продукта, представляющего собой малорастворимую смесь 79 % ТМАХ и 21 % дигидро-ТМАХ. Проведены многоцикловые испытания ГПК-катализатора, в ходе которых после каждой целевой реакции его регенерировали кислородом (20 мин, 160 С, РО2 = 4 атм.). Активность и производительность раствора ГПК полностью восстанавливалась. Полученные результаты лягут в основу малоотходной технологии производства АХ-катализаторов делигнификации древесины. Показана перспективность использования гомогенных V-содержащих гетерополикислотных катализаторов (РМоV ГПК) в реакции трансформации 5-гидроксиметилфурфурола (5-ГМФ) в ценные для промышленности продукты. Получены новые данные о влиянии состава и физико-химических свойств растворов РМоV ГПК на распределение продуктов окисления 5-ГМФ. Установлены основные параметры реакции и оптимальный состав раствора катализатора, позволяющие получать 2,5-диформилфуран окислением 5-ГМФ с выходом 94,7 % при полной конверсии субстрата. Проведенные за данный период исследования позволили установить влияние концентрации металлических центров поверхности мезопористых нанокомпозитных катали-заторов на их активность и стабильность в реакциях трансформации топлив в синтез-газ, выбрать оптимальные составы активных компонентов, приготовить структурированные катализаторы на теплопроводных носителях сотовой структуры, испытать их в базовых реакциях трансформации биотоплив в синтез-газ и показать их высокую эффективность и стабильность при отсутствии эффектов тепло- и массопереноса. Продолжены исследования гетерогенных биокатализаторов, приготовленных путем адсорбционной иммобилизации рекомбинантной липазы rPichia/lip, специально сконструированной методами генетической инженерии, на носителях различной химической природы: гидрофильном мезопористом силикагеле (SiO2) и гидрофобном макропористом углеродном аэрогеле. Данные биокатализаторы были систематически изучены в процессах низкотемпературного ферментативного синтеза ценных продуктов органической химии – сложных эфиров, получаемых в реакции этерификации кислот спиртами. Проведены ориентированные фундаментальные исследования для создания технологий получения малотоннажных импортозамещающих химических продуктов, имеющих высокий инвестиционный потенциал. На основе разработанной новой эффективной импортозамещающей технологии получения дихлорди-пара-ксилилена (Парилена С) наработаны и поставлены партии продукта дихлорди-пара-ксилилена (Парилен С) на предприятия РФ: АО «Государственный рязанский приборный завод, ООО «Базальт», г. Санкт-Петербург. Продолжены ориентированные фундаментальные исследования по разработке процесса получения импортозамещающего продукта – ди-пара-ксилилена (Парилен N) с использованием гомогенных супероснóвных каталитических систем. Ди-пара-ксилилен применяется при изготовление бортовой аппаратуры (БА) в современных и перспективных космических аппаратах (КА), которая имеет электрические цепи с рабочим напряжением 100 В, таких как комплекс энергообразующий КЭП, блок интерфейсный бортового комплекса управления (БИ БКУ), блок управления нагревателями (БУН) и др. Наработаны опытные образцы продукта для проведения испытаний на изделиях (РОСКОСМОС) в АО "ИИС", г. Железногорск, Красноярский край. По направлению получения ценных химических продуктов из микробиального сырья показана возможность использования биомассы дрожжей K. marxianus D4, культивируемых на отходах пищевой промышленности, для производства этанола и кормовой биомассы, богатой белком. Изучены зависимости кислотных свойств и строения гетерополианиона от количества введенного органического катиона, степени замещенности и длины алкильного заместителя в [RxH4-xN]+ катализаторов на основе H4PMo11VO40 гетерополикислоты для гидролиза-окисления биомассы в муравьиную кислоту. Исследованы каталитические свойства 1, 3 и 6 вес.%Ni катализаторов, нанесенных на пористые углеродные носители с азотом и без азота в реакции получения водорода из муравьиной кислоты.