Разработка стабильных биметаллических катализаторов селективного гидрирования фурфурола и его производных

Проект направлен на разработку гетерогенных каталитических систем активных в селективном гидрировании фурфурола в компоненты моторных топлив и продукты с высокой добавленной стоимостью. Выявление взаимосвязи между структурными особенностями нанесенных биметаллических частиц с их активностью, селективностью и стабильностью в ходе катализа.Решение задач, поставленных в проекте, имеет чрезвычайно важное значение для улучшения экологической приемлемости процессов получения производных фурфурола с высокой добавленной стоимостью и позволит предложить новые подходы к получению энергоносителей на базе возобновляемого сырья. Несомненными плюсами использования возобновляемого сырья являются уменьшение выбросов СО2, оксидов серы и азота, потребление диоксида углерода на стадии роста, а также диверсификация источников энергии, повышение энергетической безопасности районов, лишенных источников ископаемых энергоносителей либо удаленных от их инфраструктуры и стимулирование развития экономики сельского хозяйства.продукт, селективного гидрирования фурфурола – 2-метилтетрагидрофуран является основным компонентом электролита для литиевых анодов, широко применяемых в современных литиевых аккумуляторах, а также утвержден Департаментом Энергетики США в качестве компонента моторного топлива. Фурфурол является продуктом переработки лигноцеллюлозного сырья, т.е. его получение из, например, отходов сельскохозяйственной промышленности позволяет значительно снизить экологическую нагрузку такого производства и использовать альтернативные, ранее не используемые источники углеводородов.В настоящее время гидрирование фурфурола осуществляют в периодических реакторах, что снижает производительность процесса, увеличивает его энергозатратность и, как результат, себестоимость конечной продукции. Существующие на сегодняшний день катализаторы, обеспечивающие высокую конверсию исходного фурфурола обладают не достаточно высокой селективностью по целевым продуктам (70-80%), что свидетельствует о необходимости разработки новых значительно более активных и селективных катализаторов, обладающих высокой стабильностью. В этой связи, поиск корреляций между особенностями структуры и зарядовым состоянием металлов в нанесенных биметаллических кластерах и их каталитической активностью и селективностью в процессе селективного гидрирования различных функциональных групп молекулы фурфурола является актуальной задачей исследования, решение которой позволит предположить маршрут протекания реакции. Кроме того, важной особенностью поставленной задачи является разработка качественных и количественных критериев для понимания природы каталитического действия с целью прогнозирования каталитических свойств наноразмерных биметаллических систем путем определения локальной тонкой структуры и зарядового состояния активных компонентов, входящих в состав катализаторов, в т.ч. путем высокоточных методов с использованием излучения синхротронных источников.В ходе выполнения настоящего проекта впервые будут синтезированы оригинальные биметаллические катализаторы Au-M (где М- металлы IB-VIIIB групп периодической системы элементов) на носителях различной природы (Al2O3, SiO2, C) и изучены их каталитические свойства в селективном гидрировании фурфорола. Будет проведен сравнительный анализ каталитического дейстия моно- и биметаллических катализаторов и выявлены возможные синергетические эффекты. Для синтеза катализаторов будут также использованы оригинальные гетерометаллические органические комплексы ([Pt-Sn]L, [Pt-Re]L, [Re-Ru]L) с целью формирования наноразмерных гетерометаллических активных компонентов на поверхности носителя. Особенностью данных гетерометаллических комплексов является резко укороченная длинна формально одинарных связей металл-металл, отвечающая сумме ковалентных радиусов металлов. Впервые будет проведено комплексное исследование, включающее в себя решение фундаментальных вопросов формирования биметаллических частиц, природы взаимодействия нанесенных частиц и носителя, маршрута протекания каталитической реакции до прикладных аспектов, связанных с применением конкретных каталитических наноразмерных систем в реакциях селективного гидрирования фурфурола.