Получение синтез-газа путём углекислотной конверсии этанола на катализаторах, приготовленных с использованием сверхкритических флюидов

Проект направлен на решение проблемы создания высокоэффективных и стабильных к зауглероживанию катализаторов реакции углекислотной конверсии этанола, являющейся одной из самых перспективных реакций зеленой химии, позволяющей превратить парниковый газ и возобновляемое биотопливо в ценное химическое сырье, а также эффективные технологии широкомасштабного производства водорода. Одной из задач проекта является создание высокоэффективного и производительного метода синтеза простых и сложных оксидов металлов заданного фазового состава с использованием растворителей (вода, этанол, изопропанол) в сверхкритическом состоянии. В ходе выполнения проекта планируется систематически изучить свойства простых и сложных оксидов, синтезируемых из различных солей в сверхкритических флюидах в проточной установке высокого давления. Будет исследовано влияние времени контакта, концентрации и соотношения прекурсоров, вида сверхкритического флюида, добавки комплексообразователя, температуры и давления на степень кристаллизации, размер кристаллитов, удельную поверхность и морфологию частиц. Полученные оксиды будут модифицированы введением добавок никеля, после чего полученные катализаторы будут исследованы в реакции углекислотной конверсии модельного биотоплива – этанола, а также в реакции углекислотной конверсии метана как промежуточного продукта превращения этанола. Реакция углекислотной конверсии этанола в синтез-газ и водород на катализаторах такого типа будет исследована впервые. Актуальность проблемы. Получение синтез-газа и водорода в настоящее время относится к важнейшим прикладным исследованиям в области экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики. В ходе проведения реакции углекислотной конверсии этанола получение синтез-газа происходит с потреблением крупнотоннажного отхода химической промышленности – парникового газа СО2. Кроме того, процесс углекислотной конверсии этанола представляется перспективным в экономическом плане и может быть с легкостью масштабирован. Оба упомянутых аспекта составляют абсолютно достаточное основание, чтобы рассматривать данный проект с точки зрения как экологических, так и социальных задач, которые в настоящее время привлекают повышенное внимание, как в Европе, так и в других развитых странах, особенно в Азии. Глобальная проблема снижения эмиссии СО2 не требует особых комментариев или дополнительных разъяснений. Каталитическое восстановление является одним из наиболее эффективных методов удаления СО2, который должен быть широко исследован для разработки оптимального технологического решения. В свою очередь, получение синтез-газа и его производных имеет крайне важное значение в производстве ценных химических веществ, химических интермедиатов, растворителей, топлива и удобрений, а также имеет важнейшее значение в электроэнергетическом секторе. С другой стороны, метод синтеза, дизайн стабильных катализаторов, не содержащих драгоценные металлы, является актуальной задачей. Синтез каталитических наноматериалов с контролируемыми свойствами с использованием непрерывного синтеза в сверкритических условиях приведет к увеличению стабильности катализатора к зауглероживанию и спеканию, что внесет непосредственный вклад в разработку процесса углекислотной конверсии этанола. Относительно недавно предложенный метод синтеза наноматериалов в сверхкритических флюидах (вода, спирты, СО2 и др.), вследствие их уникальных свойств, таких как низкая вязкость, отсутствие поверхностного натяжения, высокое пересыщение раствора, обеспечивает возможность проводить высокопроизводительный синтез материалов с требуемыми свойствами. Более того, вследствие высокой скорости образования частиц в сверхкритических флюидах (от нескольких секунд до нескольких минут), этот метод позволяет проводить синтез в непрерывном режиме. Метод лишен практически всех недостатков традиционных методов и является наиболее перспективным для синтеза простых и сложных оксидов металлов с заданными свойствами в непрерывном режиме в проточной установке. Научная новизна и значимость решения проблемы. Исследования дадут возможность разработать уникальные методики синтеза оксидов металлов (флюориты и шпинели различного состава) в сверхкритических флюидах, изучить механизм синтеза оксидов металлов в сверхкритической воде и низших спиртах, синтезировать нанодисперсные оксиды металлов с заданным фазовым составом и свойствами в непрерывном проточном режиме. Никель и кобальт (медь) содержащие сплавные катализаторы будут синтезированы в том числе уникальным разработанным коллективом исполнителей способом – путем одностадийного синтеза в сверхкритической среде Впервые будет изучено влияние природы солей предшественников оксидов, и комплексообразователя на свойства получаемых оксидов металлов. Созданные новые катализаторы будут впервые использованы для проведения перспективного процесса углекислотной конверсии этанола в синтез-газ и водород. Кроме того, будут созданы научные основы синтеза структурированных материалов на основе перспективных катализаторов.