Научные основы создания функциональных наноматериалов для новой сопряженной технологии улавливания CO2 и его превращения в ценные химические вещества

Быстро растущее количество выбросов CO2 вызывает огромное негативное воздействие на окружающую среду и приводит к ряду экологических проблем, таких как глобальное потепление, подкисление океана, изменение климата. Для снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду и обеспечения рационального природопользования актуальным является разработка и усовершенствование сорбционных и каталитических технологий утилизации СО2. Целью проекта является создание научных основ синтеза функциональных наноматериалов для новой сопряженной технологии улавливания CO2 и его превращения в ценные химические вещества. Проект включает два основных направления: 1) создание новых, устойчивых к влаге мезопористых композитных адсорбентов HKUST-1/MCF для улавливания и концентрирования СО2 из отходящих газов; 2) создание биметаллических катализаторов путем направленной активации сложных оксидов (СеLa)1-x(NiM)xOy и (СеMg)1-x(NiM)xOy для конверсии СО2.Для создание высокоселективных и стабильных адсорбентов для улавливания и концентрирования СО2 будут разработаны научные основы синтеза новых иерархических композитов, содержащих металл-органические каркасные структуры (МОF) и мезопористые силикатные материалы. Будут разработаны методы направленного регулирования текстурных свойств и морфологии композитов путем использования структурирующих агентов (ацетат натрия и триэтиламин) и варьирования способа синтеза (метод координационной модуляции и сольватотермический синтез). Исследование в присутствии водяного пара кинетики адсорбции СО2 и механизма адсорбционного разделения на модифицированных металлами композитах HKUST-1/MCF позволит выявить ключевые факторы, влияющие на эффективность адсорбции СО2. Будут определены оптимальные состав и физико-химические свойства адсорбентов, стабильных в присутствии паров воды, и установлена взаимосвязь «состав – структура – функциональные свойства».Для создания высокоактивных и стабильных к дезактивации каталитических систем для утилизации CО2 в рамках проекта будут разработаны научные основы направленной активации сложных оксидов – предшественников катализаторов - для in situ формирования каталитически активных биметаллических частиц. Будет проведен синтез, исследование закономерностей формирования и свойств сложных оксидов (СеLa)1-x(NiM)xOy и (СеMg)1-x(NiM)xOy в зависимости от состава оксидной матрицы (Ce-O, Ce-La-O, Ce-Mg-O), состава и содержания активного компонента (Ni-Pd, Ni-Pt, Ni-Re, Ni-Cu). Для управления функциональными свойствами материалов будут разработаны способы регулирования состава, структурных и окислительно-восстановительных свойств биметаллических частиц путем варьирования параметров синтеза и in situ термической активации сложных оксидов. Будут выявлены факторы, влияющие на физико-химические свойства катализаторов, их активность в пароуглекислотной конверсии метана и устойчивость к дезактивации и установлена взаимосвязь «условия активации – структура – функциональные свойства». В результате направленной активации сложных оксидов будут получены нанесенные биметаллические частицы с заданными физико-химическими и каталитическими свойствами и созданы высокоактивные и стабильные катализаторы утилизации СО2.Реализация этого проекта заложит основу для последующей системной интеграции крупномасштабного улавливания CO2 в дымовых газах и его каталитической переработки в ценное химическое сырье.