Бухтияров В.И. Использование наноэффектов в катализе

В.И Бухтияров, З.Р.Исмагилов 
Институт катализа СО РАН, г. Новосибирск, 
e-mail: vib@catalysis.ru, zri@catalysis.ru

Доклад основан на результатах НИР Института катализа СО РАН по государственным контрактам № 02.513.12.3067, 02.513.12.3482 и 02.513.12.3484.

1. Разработка наноструктурированного катализатора на основе силикоалюмофосфатных молекулярных сит для получения дизельных топлив с низкой температурой застывания с участием научных организаций Китая, государственный контракт № 02.513.12.3067.

Усовершенствована методика приготовления силикоалюмофосфатов SАРО-31 в присутствии ди-н-бутиламина с целью их использования в качестве кислотного компонента катализатора для одностадийного процесса гидропереработки растительного масла в низкозастывающие фракции дизельного топлива. Полученный материал SAPO-31 представляет собой поликристаллы, состоящие из наноразмерных кристаллов, что определяет его уникальные каталитические свойства. Введение благородного металла в наноструктурированный силикоалюмофосфат приводит к получению катализатора гидропереработки растительного сырья в низкозастывающие дизельные фракции.

Исследование свойств катализатора Pt/SАРО-31 в гидропревращении подсолнечного масла проведено при давлении 2,0 МПа в интервале температур 310-360°С и WHSV 0,9-1,6 ч-1. Основными получаемыми продуктами при этом являются углеводороды С17-С18.

Варьируя метод введения, способ обработки, и содержание металлического компонента в конечном образце удается получать катализаторы с различной дисперсностью металла. К настоящему моменту удалось получить катализатор Pt/SАРО-31 с размером металлических частиц менее 2,5 нм, обладающий уникальными гидроизомеризующими свойствами, с выходом целевого продукта до 90 % от теоретического. Температура замерзания этого продукта (Тзаст) ниже минус 60°С.

2. Разработка наноструктурированного бифункционального катализатора мягкого гидрокрекинга производных пиролиза лигноцеллюлозы с участием научных организаций Республики Беларусь, государственный контракт № 02.513.11.3482

Высокое содержание кислорода в жидких продуктах пиролиза лигноцеллюлозы (бионефти) обуславливает ее низкие эксплуатационные характеристики: высокую вязкость, нелетучесть, агрессивность, несмешиваемость с ископаемым топливом, термическую нестабильность и склонность к полимеризации. Таким образом, необходимо улучшение свойств бионефти путем снижения содержания кислорода.

Этот процесс проводится в атмосфере водорода в основном на сульфидированных катализаторах нефтепереработки. Необходимость сульфидирования таких катализаторов, как до реакции, так и в ходе процесса с целью поддержания их в активном состоянии, приводит к увеличению содержания соединений серы в продуктах реакции, таким образом, лишая топлива, полученные из биомассы, одного из важных достоинств - низкого содержания серы.

В рамках данного проекта разработаны эффективные наноструктурированные бифункциональные никельсодержащие катализаторы мягкого гидрокрекинга (гидрооблагораживания) бионефти. Синтезированные катализаторы позволяют снижать содержание кислорода в бионефти с 40 до 13 вес. %, так же, как и промышленные катализаторы на основе благородных металлов.

3. Разработка эффективных наноструктурированных металл-цеолитных катализаторов конверсии природных и попутных нефтяных газов в ценные химические продукты с участием научных организаций Казахстана, Государственный контракт № 02.513.11.3484.

Целью работы является создание научно-технического задела для разработки технологии приготовления наноструктурированных металл-цеолитных катализаторов конверсии природного и попутного нефтяного газов в бензол и водород.

Проведены физико-химические исследования структуры и активности Мо-цеолитных катализаторов дегидроароматизации метана. Эти катализаторы позволяют в одну стадию превращать метан в ароматические продукты. Основным продуктом является бензол, селективность его образования превышает 80%. Кроме того образуется большое количество водорода - ценного сырья для химической промышленности и водородной энергетики.

Показано, что активными центрами катализатора являются Mo-содержащие наночастицы. Размер наночастиц в исходном катализаторе регулируется составом, концентрацией и рН исходных пропиточных растворов.

Исследован генезис частиц Мо и карбида молибдена в ходе реакции. В первые же минуты реакции наночастицы Мо на поверхности катализатора превращаются в частицы карбида молибдена. В ходе реакции частицы карбида покрываются тонким слоем углеродистых отложений толщиной 2 нм.

Активными центрами катализатора, на которых образуется бензол, являются, по-видимому, Mo-содержащие нанокластеры размером около 1 нм, находящиеся внутри каналов цеолита. Молекулы метана легко диффундируют к Mo-содержащим нанокластерам, расположенным в каналах цеолита, и образуют молекулу бензола. Диаметр каналов близок к размеру молекулы бензола, метилзамещенные гомологи практически не образуются и фактически происходит образование нанокалиброванного продукта с высокой селективностью.

В настоящее время исследуется модифицирование Мо-цеолитных катализаторов наночастицами Fe, Ni и Со с целью увеличения активности и стабильности катализаторов.

К списку тезисов конференции