Фундаментальные основы дизайна твердых рутений-углеродных катализаторов гидролиза-восстановления целлюлозы в ценный продукт сорбитол

Проект направлен на создание фундаментальных основ дизайна твердых бифункциональных катализаторов наночастиц рутения, закрепленных на кислотных носителях на основе углеродного материала Сибунит (Ru/C), для процесса одностадийной переработки целлюлозы, основного (до 50-60%) компонента возобновляемого альтернативного растительного сырья, в сорбитол. Целевой продукт является ценным соединением, имеющим большое значение для ряда отраслей промышленности (пищевой, химической, фармацевтической, косметической и др.). Одностадийная переработка целлюлозы в сорбитол подразумевает совмещение в одном реакторе двух принципиально различных процессов – гидролиза целлюлозы в глюкозу и восстановление промежуточного продукта в сорбитол. Превращения будут осуществляться за счет бифункционального катализа. Кислотные центры углеродного носителя будут катализировать гидролиз целлюлозы в глюкозу, а наночастицы рутения - восстановление глюкозы в сорбитол. Такой подход позволит минимизировать образование побочных продуктов дегидратации сахаров, образующихся в ходе кислотного гидролиза полисахаридов, за счет быстрого превращения промежуточного продукта в целевой полиол. Одностадийный процесс будет проводиться в гидротермальной середе, поэтому в качестве носителя предлагается использовать графитоподобный мезопористый углеродный материал Сибунит, обладающий высокой устойчивостью и хорошими транспортными характеристиками, необходимыми для каталитических реакций в жидкой среде. В работе будут изучены взаимосвязи между типом предшественников рутения и методами приготовления катализаторов (в том числе: методом окисления носителя, способом нанесения предшественника и температурным режимом его восстановления,) с одной стороны и физико-химическими характеристиками (дисперсность металла и его электронное состояние, химическая природа, сила и содержание кислотных групп на поверхности угля) полученных катализаторов и их каталитическими свойствами с другой. Катализаторы будут синтезированы по оригинальным и адаптированным из литературы методикам, исследованы рядом физико-химических методов (адсорбция N2, ПЭМ, РФЭС, кислотно-основное титрование). Каталитические свойства носителей будут изучены в процессе гидролиза целлюлозы до глюкозы, а рутений-содержащих катализаторов - в одностадийном процессе гидролиза-гидрирования целлюлозы в сорбитол.Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, позволят развить фундаментальные основы дизайна твердых катализаторов на основе металлических наночастиц и углеродных носителей, позволяющие прогнозировать их свойства в процессе каталитического гидролиза-восстановления целлюлозы и, следовательно, целенаправленно управлять этими свойствами.