КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 18-73-00285

НазваниеРазработка новых типов стекловолокнистых катализаторов, синтезированных методом поверхностного термосинтеза, для процессов глубокого окисления летучих органических соединений

Руководитель Елышев Андрей Владимирович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет" , Тюменская обл

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые слова стекловолокнистый катализатор, вторичный носитель, оксиды переходных металлов, удельная активность, гидравлическое сопротивление, глубокое окисление, физико-химический анализ, поверхностный термосинтез

Код ГРНТИ31.15.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на разработку новых типов стекловолокнистых катализаторов (далее – СВК), сочетающих высокую интенсивность тепло- и массообмена с низким гидравлическим сопротивлением, использующих в качестве активного компонента оксиды переходных металлов, для глубокого окисления летучих органических соединений (далее – ЛОС). Традиционно в этой сфере используются гранулированные или блочные катализаторы, в которых в качестве активного компонента используются благородные металлы (Pt, Pd) или оксиды переходных металлов. Однако, такие каталитические системы характеризуются существенным диффузионным торможением каталитических реакций, а также (в случае гранулированных катализаторов) высоким гидравлическим сопротивлением. Существенный прогресс в этой области достигнут в последнее время за счет применения катализаторов на основе стекловолокнистых носителей [1-3]. Главным достоинством СВК является возможность формирования структурированных каталитических картриджей, обладающих уникально высоким соотношением интенсивности массообмена к удельному гидравлическому сопротивлению [4,5]. Такие катализаторы оригинальны, не имеют зарубежных аналогов и обладают высоким потенциалом как в области импортозамещения в стратегически важных сферах, так и в сфере развития высокотехнологичного экспорта. На сегодня, высоко актуальной научной и практической задачей является разработка новых СВК, отличающихся более низкой ценой за счет замены благородных металлов активными компонентами в виде оксидов переходных металлов. Основным методом синтеза разрабатываемых стекловолокнистых катализаторов является процесс поверхностного термосинтеза с предварительным нанесение вторичного носителя SiO2 и прекурсора активного компонента [6,7]. Метод позволит развивать удельную поверхность носителя с 1-3 до 20-30 м2/г, что обеспечивает возможность нанесения активных компонентов в значительных количествах (до 10% вес. и более) [8]. При этом также реализуется возможность синтеза активного компонента в виде мелкодисперсных поверхностных частиц, отличающихся высокой удельной каталитической активностью [9-13]. Важным достоинством этого метода также является его безотходность и возможность использования в качестве носителя недорогих и доступных силикатных стеклотканей. В рамках данного проекта предполагается решить следующие задачи: 1. Повысить однородность распределения активного компонента по поверхности стекловолокон катализатора (на микро- и наноуровнях) и его доступность для реагентов; 2. Повысить удельную активность СВК за счет оптимизации состава и дисперсности активных частиц; 3. Провести пилотные испытания полученного СВК на реальных выбросах ЛОС. Экспериментальные работы будут проводиться как на существующих типах СВК (в том числе СВК на основе хромита меди), так и на вновь синтезированных системах (например, на основе оксидов марганца и железа). Оптимизация характеристик катализатора будет производится за счет оптимизации методов его синтеза, используемых прекурсоров и топливных добавок. Охарактеризование СВК будет включать методы рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализа, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения, электронной спектроскопии диффузного отражения, термического анализа и определения механической прочности. При этом должна быть установлена взаимосвязь между параметрами синтеза и результатами охарактеризования. Комбинация описанных методов в приложении к данному типу катализаторов будет обеспечивать научную новизну ожидаемых результатов. В результате будет синтезирована пилотная партия оптимизированного катализатора для проведения кинетических и пилотных испытаний (не менее 100 г). Пилотные испытания будут проводиться в условиях, позволяющих максимально воспроизвести условия реальных процессов очистки отходящих газов от ЛОС. Работа будет проводиться в тесном взаимодействии с Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, обладающим основными авторскими правами на СВК и ключевым носителем научных и технических компетенций в этой области. Литература: 1. B.S.Balzhinimaev, E.A.Paukshtis, S.V.Vanag, A.P.Suknev, A.N.Zagoruiko. Glass-fiber catalysts: Novel oxidation catalysts, catalytic technologies for environmental protection. Catalysis Today, 2010, v.151, pp.195-199; 2. С.А. Лопатин, П.Г. Цырульников, Ю.С. Котолевич, П.Е. Микенин, Д.А. Писарев, А.Н. Загоруйко. Структурированный стеклотканный катализатор ИК-12-С111 для глубокого окисления органических соединений. Катализ в промышленности, 2015, № 3, с.67-72; 3. А.Н.Загоруйко, С.А.Лопатин, Б.С.Бальжинимаев, Н.Р.Гильмутдинов, Г.Г.Сибагатуллин, В.П.Погребцов, И.Ф.Назмиева. Каталитический процесс дожига отходящих газов с использованием платинового стекловолокнистого катализатора ИК-12-С102. Катализ в промышленности, 2010, №2, с.28-32; 4. S.Lopatin, P.Mikenin, D.Pisarev, D.Baranov, S.Zazhigalov, A.Zagoruiko. Pressure drop and mass transfer in the structured cartridges with fiber-glass catalyst. Chemical Engineering Journal, 2015, v.282, pp.58-65; 5. A.N.Zagoruiko, S.A.Lopatin, P.E.Mikenin, D.A.Pisarev, S.V.Zazhigalov, D.V.Baranov. Novel structured catalytic systems ‐ cartridges on the base of fibrous catalysts. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 2017, v.122, pp.460-472; 6. Ю.С.Котолевич, С.С.Сигаева, П.Г.Цырульников, А.Н.Загоруйко, С.А.Лопатин. Способ приготовления нанесенных катализаторов методом импульсного поверхностного термосинтеза. Патент РФ № 2549906, приоритет 06.03.2014, опубл. 10.05.2015; 7. А.Н.Загоруйко, С.А. Лопатин, С.В.Зажигалов, Д.А.Писарев, Д.В.Баранов, П.Е.Микенин, О.Б.Абдулла. Способ приготовления микроволокнистого катализатора. Патент РФ № 2633369, приоритет 03.11.2016, опубл. 12.10.2017; 8. П.Е.Микенин, П.Г.Цырульников, Ю.С.Котолевич, А.Н.Загоруйко. Ванадийоксидные катализаторы на основе структурированных микроволокнистых носителей для селективного окисления сероводорода. Катализ в промышленности, №1, 2015, с.65-70; 9. Elyshev A., Larina T., Cherepanova S., Mikenin P., Lopatin S., Zazhigalov S., Pisarev D., Baranov D., Zagoruiko A. Physical and chemical properties of CuCr2O4-based glass fiber catalyst synthesized by surface thermo-synthesis method. In proc. of II Scientific Technological Symposium “Catalytic Hydroprocessing In Oil Refining”, Belgrade, Serbia, April 17 23, 2016, pp.113-114; 10. Elyshev A., Larina T., Cherepanova S., Mikenin P., Lopatin S., Zazhigalov S., Pisarev D., Baranov D., Zagoruiko A. Physical and chemical properties of FeOx-based glass fiber catalyst synthesized by surface thermo-synthesis method. In proc. of II Scientific Technological Symposium “Catalytic Hydroprocessing In Oil Refining”, Belgrade, Serbia, April 17 23, 2016, pp.115-116; 11. А.В.Елышев, Д.В.Баранов, С.А.Лопатин, Д.А.Писарев, С.В.Зажигалов, П.Е.Микенин, А.Н.Загоруйко. Состояние активных оксидных компонентов в стекловолокнистых катализаторах со вторичным носителем. В сб. материалов 2-ой международной Российско-Казахстанской научно-практической школы-конференции «Химические технологии функциональных материалов», Алматы, Казахстан, 26-27 мая 2016 г., стр.123-125; 12. S.Zazhigalov, A.Elyshev, S.Lopatin, T.Larina, S.Cherepanova, P.Mikenin, D.Pisarev, D.Baranov, A.Zagoruiko. Copper-chromite glass fiber catalyst and its performance in the test reaction of deep oxidation of toluene in air. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 2017, 120(1), pp.247-260; 13. P.Mikenin, S.Zazhigalov, A.Elyshev, S.Lopatin, T.Larina, S.Cherepanova, D.Pisarev, D.Baranov, A.Zagoruiko. Iron oxide catalyst at the modified glass fiber support for selective oxidation of H2S. Catalysis Communications, 2016, v.87, pp.36–40.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---