Разработка новых катализаторов для получения ценных молекул из биомассы с участием СО и СО2

Возобновляемые ресурсы и биологическое сырье являются устойчивой альтернативой нефтехимическим источникам для удовлетворения постоянно растущего спроса современного общества на энергию и химические вещества. Кроме производства углеводородного топлива на основе биомассы существует насущная необходимость в преобразовании биомассы в различные молекулы для получения платформенных химикатов и соединений тонкой органической химии, в рамках стратегических направлений развития «зеленой» химии. В этом контексте разработка новых гетерогенных полифункциональных катализаторов для эффективной переработки биомассы в химические соединения с добавленной стоимостью является важным направлением исследований процесса извлечения ценных продуктов из биомассы с целью комплексного решения проблем экологии. Очевидно, что исследования, направленные на решение такой задачи, являются актуальными, а полученные результаты могут способствовать движению в направлении снижения экологического воздействия, обеспечения устойчивого развития производства и промышленной безопасности. Предлагаемый совместный проект между Российской и Индийской группами направлен на разработку новых гетерогенных каталитических систем для исследования различных реакций конверсии биомассы в химические соединения с добавленной стоимостью с акцентом на использование реакций карбонилирования и карбоксилирования (фиксация CO2) для получения реактивов тонкой органической химии. Такой подход к молекулам, полученным из биомассы и их последующего использования в качестве источника CO2 или СO используется достаточно редко. Цель разработки новых путей использования платформенных молекул заключается в необходимости дальнейшего движения в направлении применения извлеченных из лигноцеллюлозной биомассы молекул в ряде последовательных процессов. Задача проекта заключается в создании библиотеки эффективных полифункциональных катализаторов для различных процессов переработки биомассы, с участием полимеров, магнитных частиц, наночастиц металлов/оксидов металлов и кислотно-основных центров. При этом разветвленная архитектура функциональной полимерной матрицы будет отвечать как за координационное связывание каталитических наночастиц, так и за процесс их стабилизации, а магнитные частицы обеспечивают магнитное отделение катализатора от реакционной смеси и его повторное использование. В качестве полимерной матрицы будет разработан новый полимер ароматического типа, содержащий три-пиридиновые координирующие фрагменты. Ожидается, что разработка новых эффективных наноструктурированных катализаторов, включая магнитно-разделяемые, позволит значительно увеличить эффективность катализаторов с точки зрения активности и селективности в исследуемых процессах по сравнению с коммерческими катализаторами, кроме того, процессы могут быть осуществлены в более мягких условиях. Предлагаемые новые гетерогенные катализаторы на основе металлов Ru, Pd, Rh, Ni, Mn, Co, Fe и некоторых оксидов металлов и биметаллических частиц (ZnO, Zn-ZrO2), а также с участием магнитных наночастиц Fe3O4 будут протестированы в важных процессах переработки биомассы, как в стандартных процессах так и в новых, направленных на получение важных химических соединений. На основании данных о структуре катализаторов и их эффективности в тестовых реакциях будет установлена связь между структурой и свойствами каталитических систем. Это позволит направленно модифицировать разработанные катализаторы с целью достижения ими высокой эффективности в процессах трансформации биомассы, в частности, в реакциях карбонилирования и карбоксилирования, что, безусловно, является важным достижением, направленным на решение комплекса экологических проблем, связанных с использованием возобновляемого сырья. Поставленные цели проекта будут достигнуты благодаря устойчивому взаимодействию между Индийской и Российской группами.