Научные основы катализа системами на базе переходных металлов перспективных окислительно-восстановительных реакций селективного превращения углеводородов и кислородсодержащих органических субстратов

Цель научного исследования: Дизайн и физико-химические свойства бифункциональных высокоселективных каталитических систем на основе полимерных, высокопористых ячеистых, мембранных каталитических систем, иммобилизированных ионных жидкостей и наночастиц металлов в реакции углекислотной конверсии углеводородов, в окислительно-восстановительных реакциях кислородсодержащих органических субстратов. Описание задач, предлагаемых к решению: Изучение физико-химических закономерностей реакций каталитического гидрирования карбоновых кислот и их эфиров, в том числе получаемых ферментацией глюкозы (молочная, янтарная), жирных кислот растительных масел, глицерина. Синтез и исследование новых гетерогенных каталитических систем, в том числе на основе высокопористых ячеистых материалов, для реакций гидрирования. Установление механизма реакций гидрирования. Установление связи структуры и состава катализаторов с их каталитической активностью и селективностью.Разработка способов синтеза мембранных катализаторов на основе соединений Мо, а также твердых растворов CeО2-ZrO2 и кинетическое исследование углекислотной конверсии метана/пропана в реакторе с мембранным катализатором.Разработка математической модели и выявление условий автотермического протекания процесса кислородно-углекислотной конверсии метана в реакторе с мембранным катализатором.Осуществление комплексного теоретического и экспериментального скрининга полимерных материалов, обладающих потенциалом к применению в качестве газоразделительных мембран для задач концентрирования компонента/компонентов газовой смеси для осуществления каталитической конверсии метана/пропана.Экспериментальное исследование эффективных «реальных» газотранспортных характеристик ряда наиболее перспективных мембранных материалов на примере газовых смесей для задач концентрирования компонентов газовой смеси для осуществления каталитической конверсии, для задач улавливания продуктов каталитической конверсии и их последующей очистки. Разработка и создание лабораторного аналитического комплекса для исследования процесса каталитической конверсии углеводородов (метана/пропана) на мембранном катализаторе. Такой комплекс будет оснащен газоанализатором на основе масс-спектрометра и оборудован прецизионной системой контроля расхода и давления газа для приготовления газовой смеси. Математическое моделирование ряда технологических схем на основе мембранного газоразделения для задач концентрирования компонентов газовой смеси для осуществления каталитической конверсии, для задач улавливания продуктов каталитической конверсии и их последующей очистки. Создание лабораторных образцов технологических схем на основе мембранного газоразделения (предпочтительно с использованием половолоконных мембранных модулей) и исследование на них влияния природы материала мембран и ряда параметров процесса (перепад давления, доля отбора, температура исходной смеси, селективность и проницаемость мембраны) на концентрирование компонентов газовой смеси для осуществления каталитической конверсии, для задач улавливания продуктов каталитической конверсии и их последующей очистки. Определение оптимальных параметров и условий проведения процесса с целью достижения предельных значений концентрации продукта в отбираемом потоке и степени его извлечения. Возможная практическая значимость: Методология целенаправленного синтеза эффективных катализаторов для процессов гидрирования карбоновых кислот и их эфиров, высших жирных кислот и их эфиров, глицерина, каталитической конверсии биоэтанола, кислородно-углекислотной конверсии метана; Установление диапазонов оптимальных значений параметров (состав компонентов; температура; давление; удельная нагрузка на катализатор; конверсия) для реализации исследуемых объектов в укрупненном масштабе. Будет экспериментально определены эффективные «реальные» газотранспортные характеристики наиболее перспективных мембранных материалов. Будут определен ряд технологических решений для задач предварительного концентрирования компонентов газовой смеси, подлежащих дальнейшей каталитической конверсии, улавливания продуктов такого процесса и их дальнейшей очистки. Результаты проекта будут включены в лекционные курсы и методические пособия по теории химических процессов газопереработки, органического и нефтехимического синтеза, теории и практики катализа.