Фундаментальные основы новых каталитических технологий глубокой переработки ископаемого и возобновляемого углеродсодержащего сырья в продукты с высокой добавленной стоимостью

Проект направлен на создание фундаментальных основ новых каталитических технологий глубокой переработки ископаемого и возобновляемого углеродсодержащего сырья, включающих трансформацию сырья в синтез-газ, либо трансформацию углеводной компоненты растительного сырья в фурановые соединения, с последующей гетерогенно-каталитической конверсией синтез-газа в спирты, олефины, ароматические и алифатические углеводороды, и гомогенно-каталитической конверсией фурановых соединений, а также некоторых продуктов конверсии синтез-газа, в практически востребованные органические вещества с высокой добавленной стоимостью. Ранее научным коллективом были разработаны эффективные способы конверсии отходов нефтепереработки, попутного нефтяного газа, угля, торфа и отходов переработки растительного сырья в синтез-газ, а также конверсии углеводсодержащих отходов в фурановые соединения-платформы (5-гидроксиметилфурфурол и его производные, другие фурановые соединения). В настоящем проекте будут решаться задачи глубокой каталитической трансформации синтез-газа, продуктов его первичной конверсии, и фурановых соединений-платформ в органические продукты с высокой добавленной стоимостью, в том числе будут разрабатываться новые металлокомплексные и гетерогенные катализаторы, исследоваться и оптимизироваться каталитические процессы. Основные решаемые задачи: 1. Разработка методов получения, синтез, исследование строения и свойств новых C- и N-донорных лигандов (N-гетероциклические карбены и азотистые гетероциклы), которые позволили бы обеспечить высокую активность и стабильность металлокомплексных систем на основе никеля, палладия, рутения и др. переходных металлов в реакциях глубокой функционализации продуктов конверсии синтез газа (спиртов, олефинов, непредельных и ароматических углеводородов) с помощью реакций кросс-сочетания, гидроприсоединения и С-Н функционализации. 2. Разработка методов получения, синтез, исследование строения и физико-химических свойств новых координационных соединений, Ni, Pd, Ru и др. переходных металлов с C- и N-донорными лигандами (N-гетероциклическими карбенами и азотистыми гетероциклами). 3. Исследование каталитической активности систем на основе Ni, Pd, Ru и др. переходных металлов и новых C- и N-донорных лигандов в реакциях кросс-сочетания, гидроприсоединения и С-Н функционализации с участием непредельных и ароматических углеводородов, (гетеро)ароматических субстратов, в том числе в условиях фотоиндуцируемого катализа и механоактивации. Исследование трансформаций металлокомплексов в процессе катализа, определение природы активных центров (лиганд-связанные или безлигандные формы металла) и влияния структуры лиганда на активность и стабильность каталитических систем. 4. Разработка новых гомогенно-каталитических систем на основе Ni, Pd, Ru и др. переходных металлов и C- и N-донорных лигандов, и новых методов получения востребованных органических реагентов, биологически-активных и лекарственных веществ посредством реакций кросс-сочетания, гидроприсоединения и С-Н функционализации с участием непредельных и ароматических углеводородов, (гетеро)ароматических субстратов, в том числе фурановых соединений, получаемых конверсией отходов переработки растительной биомассы. 5. Разработка методов синтеза и синтез новых каталитических материалов на основе переходных металлов и их оксидов и углеродных материалов с различной структурой пористости. Исследование каталитических свойств полученных материалов в реакциях органического синтеза (кросс-сочетание, С-Н функционализация и др.), а также в различных электрохимических приложениях в качестве электрокатализаторов. 6. Разработка новых гибридных гетерогенных катализаторов на основе кобальта и других переходных металлов, а также компонентов кислотного типа (оксидов алюминия, кремния, цеолитов) для процессов каталитической конверсии синтез-газа в спирты, олефины, ароматические соединения, а также линейные и разветвленные алифатические углеводороды. 7. Исследование каталитических характеристик синтезированных гибридных катализаторов (селективность, производительность, стабильность каталитических свойств) в процессах конверсии синтез-газа при температурах 240-280 ºС в интервале давлений 2-8 МПа в непрерывном режиме эксплуатации в течение не менее 120 ч, установление взаимосвязей между структурой и составом гибридного катализатора, способом активации, производительностью и селективностью синтеза. 8. Разработка новых высокопроизводительных способов получения спиртов, олефинов, ароматических и алифатических углеводородов, применяемых в качестве сырья в производстве ПАВ, органических реагентов, присадок к топливам и смазочным маслам, путем конверсии синтез-газа на гибридных гетерогенных катализаторах при повышенных давлениях (2-8 МПа). 9. Разработка, изготовление и оптимизация лабораторных каталитических установок для комплексной переработки попутных нефтяных газов в востребованные химические продукты (спирты, олефины, ароматические соединения) и компоненты моторных топлив