Создание новых высокоактивных Cu-cодержащих катализаторов гидропревращения фурфурола в ценные продукты фуранового ряда

Проект направлен на решение научной проблемы по созданию новых высокоактивных и стабильных катализаторов для управляемого селективного гидропревращения фурфурола, получаемого при гидролизе гемицеллюлозной биомассы, в фурфуриловый спирт (ФС), являющийся платформой для синтеза большого количества ценных химических соединений, и далее в 2-метилфуран (2-МФ) - перспективную высокооктановую добавку для моторных топлив. Целью проекта является разработка новых высокопроцентных катализаторов на основе меди и никеля для гидропереработки фурфурола в ФС и 2-МФ. Синтезированы две серии Cu-содержащих катализаторов с использованием двух методик: гомогенного и гетерогенного золь-гель синтеза. Наиболее представительные образцы из каждой серии были модифицированы железом и алюминием. Данные методики позволяют получать активные в процессе гидрирования фурфурола катализаторы с дисперсными частицами активного компонента даже при высоком содержании меди. С помощью методов термопрограммируемого восстановления водородом и РФА с восстановлением in situ определена оптимальная температура восстановления медьсодержащих катализаторов 200°С, при которой оксид меди восстанавливается до металлической меди. Описаны морфология, фазовый состав, текстурные характеристики, поверхностный состав представительных образцов медьсодержащих исходных катализаторов. Катализаторы представляют собой образцы с высокой поверхностью, обеспечиваемой этилсиликатом в качестве предшественника носителя, в матричном пространстве которого располагаются частицы активного компонента меди в оксидной форме; железо находится в виде фазы гематита. Исследована активность всех синтезированных образцов Cu-содержащих катализаторов в гидрировании фурфурола в реакторе периодического действия в присутствии растворителя. Выбран 35Cu13Fe1Al-SiO2 катализатор как наиболее активный и селективный в образовании ФС из фурфурола. Подобраны оптимальные условия (температура процесса, давление водорода, навеска катализатора) для получения высокого выхода ФС в присутствии 35Cu13Fe1Al-SiO2 катализатора. Рассчитаны константы скорости реакции гидрирования фурфурола, эффективная энергия активации; проведена оценка влияния внешне- и внутридиффузионных ограничений. Определен оптимальный состав медьсодержащего катализатора, приготовленного гетерофазным золь-гель методом, позволяющего превращать фурфурол в ФС со 100% селективностью при 100% конверсии; таким катализатором является 35Cu13Fe1Al-SiO2. Данный катализатор выбран для дальнейшей модификации его никелем с целью повышения селективности в образовании 2 – МФ из фурфурола. Описаны морфология, фазовый и поверхностный состав, а также определено содержание углерода в представительных образцах медьсодержащих катализаторов после реакции. Наиболее активный 35Cu13Fe1Al-SiO2 катализатор в ходе реакции не претерпевает сильных изменений, средний размер частиц активного компонента не меняется, оксид железа способствует образованию на своей поверхности углеродистых отложений, тем самым обеспечивая более высокие каталитические свойства выбранного катализатора.