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 17-73-30032

НазваниеНовые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики

РуководительПармон Валентин Николаевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук", Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2021 г. - 2023 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» 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 словаглубокая переработка углеводородного сырья, ресурсосберегающая энергетика, каталитический пиролиз, замедленное коксование, тяжелые нефтяные остатки, гудрон, биомасса микроводорослей, углеродные наноматериалы, катализаторы разложения муравьиной кислоты, биомиметические катализаторы, медь-содержащие цеолиты, селективное окисление метана, синтез муравьиной кислоты, псевдоожиженный слой катализатора, сжигание иловых осадков очистных сооружений

Код ГРНТИ31.15.00

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка новых и совершенствование существующих каталитических технологий глубокой квалифицированной переработки тяжелого углеводородного сырья, природного и попутного газов, а также биомассы с получением востребованных химических продуктов является фундаментальной научной проблемой и одновременно имеет большую практическую значимость для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики. Целью настоящего проекта является формирование научных и технологических заделов по следующим направлениям фундаментальных исследований: Направление 1 - Поиск возможностей глубокой безводородной переработки тяжелых углеводородных нефтяных остатков с использованием каталитических процессов и разработка научных основ процесса пиролиза тяжелых продуктов вторичной нефтепереработки с высоким содержанием парафинов в условиях селективного СВЧ нагрева катализаторов. Направление 2 - Разработка научных основ каталитических технологий синтеза муравьиной кислоты из возобновляемого сырья и компонентов попутных нефтяных газов и ее последующей переработки в водород. Направление 3 - Разработка подходов к получению биомассы микроводорослей, применимой для получения продуктов с высокой добавленной стоимостью; Направление 4 - Развитие научно-технологических основ экологически чистого сжигания различных органических отходов, в том числе сырой биомассы микробиологического происхождения, в каталитических генераторах тепла с получением тепловой энергии. Для решения поставленных задач авторы предлагаемого проекта будут использовать новые подходы, заключающиеся: для Направления 1 - Впервые будет изучена возможность очистки тяжелых нефтяных остатков путем добавления муравьиной кислоты и катализаторов, традиционно используемых в процессах сероочистки нефтяных фракций. Планируется сравнить влияние чистого водорода и муравьиной кислоты на процесс сероочистки гудрона. Предполагается, что использование нефтяного сырья с низким содержанием гетероатомов (серы и азота) повысит эффективность применения катализаторов (на основе подгруппы железа) для проведения процесса коксования гудрона. В Проекте 2017 года исследовано влияние УНТ на коксование гудрона и последующую карбонизацию нефтяного кокса. Найдено, что при добавлении УНТ улучшается графитизация нефтяного кокса, уменьшается удельное электрическое сопротивление нефтяного кокса и снижается содержание в нем серы на 20-30%. Поэтому будут исследованы процессы карбонизации и графитизации нефтяного кокса, полученного из гудрона с добавлением УНТ и муравьиной кислоты, при высоких (1000-1300 °С) температурах. Инициирование процессов крекинга высокомолекулярных парафиновых углеводородов с помощью воздействия электромагнитным излучением СВЧ диапазона на катализатор будет использовано для повышения выхода длинноцепочечных альфа-олефинов. Будут изучены ключевые параметры процесса СВЧ пиролиза С16+ парафинов, влияющие на селективность образования линейных альфа-олефинов. Для Направления 2 - в разработке полного цикла переработки микробиальной и лигноцеллюлозной биомассы и метана в муравьиную кислоту с последующим получением чистого водорода с использованием новых эффективных каталитических систем на всех стадиях цикла. При выявлении основных закономерностей синтеза (из метана и биомассы) и разложения муравьиной кислоты будет использован комплексный подход, основанный на 1) разработке оригинальных методик приготовления высокоактивных и селективных катализаторов; 2) систематическом исследовании каталитических и физико-химических характеристик; 3) изучении механизмов реакций с помощью спектральных, кинетических и других методов; 4) выявлении взаимосвязей между составом и строением катализаторов и их активностью в комплексном процессе получения водорода из биомассы и метана через муравьиную кислоту. Для Направления 3 - в разработке новых источников биомассы микроводорослей с высоким содержанием углеводов, как сырья для последующей каталитической и биотехнологической переработки. Будут проведены исследования по 1) анализу состава их биомассы и динамики накопления отдельных компонентов в ходе культивирования; 2) разработке новых подходов к повышению продукции крахмала; 3) разработке подходов к биотехнологической переработке биомассы в ценные продукты. Для Направления 4 - впервые будет осуществлено моделирование реактора и процесса термокаталитического окисления влажных отходов в условиях кипящего слоя. Для этого будет проведена оптимизация состава шарикового катализатора глубокого окисления, основанная на данных, полученных в ходе эксплуатации опытно-промышленной установки. На основании данных, полученных как в лабораторных, так и в промышленных условиях, будет разработана нестационарная кинетическая модель с учётом закономерностей протекания реакций и дезактивации катализатора для условий промышленного процесса. Данная модель будет дополнена функцией деградации катализатора за счет механического истирания и раскола гранул в ходе эксплуатации. Параллельно будут осуществлены исследования свойств дисперсного зольного остатка, образующегося при сжигании иловых осадков сточных вод, и возможности его применения при создании новых композиционных материалов. Выполнение проекта даст возможность решить ряд задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики, обеспечивающих экономический рост и социальное развитие Российской Федерации. Достижимость решения всех поставленных задач и возможность получения запланированных результатов основываются на детальной разработке стратегии и тактики выполнения проекта, использовании комплексного подхода к получению возобновляемого сырья, исследованию каталитических и физико-химических характеристик каталитических систем, предназначенных для переработки различного сырья, систематическом варьировании параметров синтеза и состава катализаторов, привлечении промышленных партнеров, успешном многолетнем научном опыте сотрудников лаборатории в данных областях, научном заделе коллектива и глубоком знании литературы.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения работ планируется получить следующие наиболее важные результаты: По Направлению 1: 1) Проведение запланированных исследований позволит получить необходимый объем теоретических и экспериментальных знаний по процессам управляемого замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков (гудрона) на катализаторах и оценить перспективы его использования на существующих отечественных НПЗ и строящихся на них установках замедленного коксования. Углеродные нанотрубки обладают высокой электропроводностью и способны выдерживать высокие плотности тока без разрушения из-за тепловыделения и электромиграции атомов. Кроме того, углеродные нанотрубки обладают уникальными механическими свойствами, сочетая высокую прочность с высокой упругостью. Поэтому можно полагать, что нефтяной кокс, армированный УНТ, способен улучшить как электрофизические, так и механические свойства углеродных материалов (электродов), получаемых из кокса. Нефтяной кокс, армированный УНТ, вероятно, сможет превзойти игольчатый кокс по целому ряду свойств. 2) Будут исследованы ключевые моменты механизма крекинга парафинов в условиях селективного СВЧ нагрева катализатора и определены основные закономерности процесса селективного образования линейных альфа-олефинов в СВЧ крекинге С16+ парафинов Проведение запланированных исследований позволит заложить научные основы новой, не имеющей аналогов в мире, технологии получения линейных альфа-олефинов СВЧ пиролизом низкомаржинальных продуктов вторичной нефтепереработки с высоким содержанием парафинов. В настоящее время в России отсутствуют собственные технологии получения линейный альфа-олефинов (ЛАО). Значимость данной технологии обусловлена тем, что ЛАО, содержащие четыре и более атомов углерода, являются высоко востребованными в химической промышленности прекурсорами при производстве широкой номенклатуры высокомаржинальных продуктов, среди которых высшие спирты (детергенты и пластификаторы), линейные алкилбензолсульфонаты (ПАВ), полиальфа-олефины (синтетические смазочные материалы) и многие другие. По Направлению 2: 1) В пероксидном окислении метана в муравьиную кислоту: определены оптимальные условия реакции в присутствии перспективного Cu-катализатора на основе цеолитов, изучены корреляции между пространственной структурой цеолита Cu-катализатора и его активностью и селективностью, изучены отдельные стадии механизма процесса в присутствии Cu-катализатора с оптимальной структурой цеолитной решетки и перспективным строением активного центра, предложена математическая модель процесса. 2) В гидролизе-окислении биомассы в муравьиную кислоту: изучено влияние состава крахмалсодержащей микробиальной и лигноцеллюлозной биомассы и количества активных кислотных и OxRed центров в гомогенных и гетерогенных ГПК катализаторах на эффективность предложенных каталитических систем в образовании муравьиной кислоты из биомассы. 3) В синтезе водорода из муравьиной кислоты: разработаны новые подходы к синтезу азотсодержащих углеродных носителей и металлических катализаторов на их основе, получена информация о природе адсорбированных форм на поверхности катализаторов в условиях реакции и выявлена их роль, впервые получены экспериментальные данные и сформулированы требования к катализатору для получения водорода при разложении различных смесей, содержащих муравьиную кислоту (НСООН+СH3COOH, НСООН+СH3OH). По Направлению 3: 1) Продолжены работы по исследованию состава биомассы микроводорослей и проведена оценка ключевых биохимических циклов, ответственных за накопление отдельных метаболитов; 2) Будут получены данные о возможности применения биомассы микроводорослей в процессах получения ценных продуктов (в том числе химических веществ). По Направлению 4: 1) Будет получена нестационарная кинетическая модель с учётом закономерностей протекания реакций и дезактивации катализатора для условий промышленного процесса, которая позволит прогнозировать изменение параметров процесса в промышленных установках. 2) Будет составлена функция необратимой деградации катализатора для общей модели протекания процесса, которая позволит оптимизировать использование катализатора и, как следствие, эффективность всей технологической цепочки. 3) Будут получены данные о использовании зольного остатка, образующегося в результате сжигания иловых осадков сточных вод в кипящем слое катализатора, в создании новых композиционных материалов. Моделирование процесса горения в кипящем слое позволит осознанно подходить к совершенствованию конструкций основных узлов и разработке новых технических решений. С учетом того, что разрабатываемая технология не имеет на настоящий момент близких аналогов, полученные в рамках настоящего проекта научные результаты будут иметь несомненную актуальность и новизну. В данном проекте будет продолжены работы по вовлечению в квалифицированную переработку каталитическими методами проблемного, трудноперерабатываемого другими методами углеводородного сырья (например, гудрон, попутные нефтяные С1-С4 газы, и т.п.) с целью получения экологически чистой тепловой энергии, а также разнообразных химических востребованных продуктов, таких как: муравьиная кислота, электродный и игольчатый кокс и других. Доступным и одновременно возобновляемым источником углеводородного сырья является биомасса (лигноцеллюлоза, микроводоросли, иловые остатки и др.), из которой также можно получать тепло и моторные топлива высокого качества, и, следовательно, развивать ресурсосберегающую энергетику, а также синтезировать ценные востребованные химические продукты (муравьиную кислоту и др.) путем квалифицированной переработки с привлечением потенциала современных каталитических технологий. В настоящее время, все перечисленное сырье является дешевым, однако до настоящего момента преимущественно складируется или сжигается неэффективными способами. Заявленные в проекте исследования характеризуются высокой степенью новизны, предложенные подходы ‒ высокой степенью оригинальности, поэтому решение поставленных в проекте задач позволит получить результаты на уровне ведущих мировых научных школ Европы, США и России. Все полученные данные будут опубликованы в виде статей в журналах по катализу, индексируемых в системах цитирования Web of Science, Scopus и РИНЦ, а также обобщены в обзорах и доложены на международных конференциях.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Направление 1 Проведены сравнительные эксперименты по изучению влияния водорода или муравьиной кислоты на протекание реакций гидрокрекинга гудрона в присутствие Ni-Mo/Y and Ni-Mo/Al2O3 катализаторов при температурах 375-400 °С и давлении 0,45 МПа. Концентрация водорода в аргоне или муравьиной кислоте в аргоне составляла 10 об. %. Проведенные эксперименты показали, что по ряду основный показателей процесса гидрокрекинга гудрона муравьиная кислота действует более эффективно, чем молекулярный водород. Коксование катализаторов Ni-Mo/Y и Ni-Mo/Al2O3 в присутствии смеси Ar-HCOOH было существенно ниже по сравнению со смесью аргон-водород. Для никельсодержащих катализаторов Ni-Mo/Y и Ni-Mo/Al2O3 наблюдалась более высокая конверсия вакуумного остатка в жидкие продукты в присутствии муравьиной кислоты, чем в присутствии водорода. Замена водорода на пары муравьиной кислоты при проведении гидрокрекинга гудрона приводит к незначительному (от 0.58-0.63 мас.% до 0.51-0.58 мас.% в зависимости от катализатора) снижению содержания серы в жидких продуктах реакции. Проведен СВЧ крекинг н-гексадекана C16H34 (ρ= 0,773 г/см3 Тк=286,5°C) и н-октакозана C28H58 (ρ= 0.8067 г/см3, Тк= 432°C) в условиях селективного СВЧ нагрева катализаторов. В качестве катализаторов-трансформаторов СВЧ энергии испытаны мелкосферический алюминий марки АСД-1 и магнитные ферросферы серии S1, выделенные из летучих зол от пылевидного сжигания углей различного фракционного состава. Исследовано влияние размера частиц СВЧ катализатора, температуры и СВЧ мощности на структурно-групповой состав продуктов СВЧ крекинга н-парафинов. Показано, что основными продуктами крекинга н-парафинов в условиях селективного СВЧ нагрева катализаторов являются линейные альфа-олефины (С2-С20). Селективность образования ЛАО может достигать 75+% при конверсии около 40%. При повышении температуры в зоне реакции или СВЧ мощности наблюдается закономерный рост конверсии при незначительном снижении селективности образования альфа-олефинов, вследствие участия последних во вторичных реакциях с преимущественным образованием α,ω-алкадиенов. Экспериментально установлено, что зависимость селективности и конверсии от фракционного состава обоих катализаторов носит куполообразный характер, и показано, что существует критический размер частицы, при котором данные параметры достигают относительного максимума. Предложен механизм, объясняющий характер полученной экспериментальной зависимости. Направление 2 Выявлены оптимальные условия реакции пероксидного окисления метана в муравьиную кислоту в присутствии Cu-содержащего катализатора на основе цеолита ZSM-5-17 (давление метана 40 атм, концентрация катализатора 4.05 г/л, температура < 50 °С, рН = 3). Установлено, что увеличение растворимости метана способствует образованию муравьиной кислоты и снижению неселективного расходования пероксида водорода. Было показано, что увеличение температуры и содержания окислителя не являются целесообразными, так как в этих случаях усиливается неселективное разложение окислителя. Наиболее эффективно реакция протекает в кислой среде. Наработаны и изучены методами низкотемпературной адсобции N2, РФлА, ИК, рНТНЗ серии растворимых H3+хPМo12-хVхO40 (x = 1, 2, 4 и 8, ГПК) и твердых CsyH3+х-yPМo12-хVхO40 (x = 1, 2, 4 и 8, y от 2 до 10.5, CsГПК) катализаторов. Выявлено, что основной продукт гидролиза-окисления микробиальной биомассы P. kessleri IC-11 в водной среде - муравьиная кислота. Наиболее эффективным среди растворимых ГПК катализаторов оказался H4PMo11VO40, выход муравьиной кислоты достигал 49 мас.%. Твердые CsГПК катализаторы (выходы МК 22-28 мас.%) менее эффективны по сравнению с растворимыми ГПК. TOF для CsГПК возрастают с увеличением кислотности, например, в ряду Cs10.5-ГПК-8 < Cs6.5-ГПК-8 < Cs3.5-ГПК-8. C увеличением количества ванадия в структуре CsГПК эффективность (значение TOF) возрастает в ряду: CsГПК-1 < CsГПК-2 < CsГПК-4 < CsГПК-8. Разработаны различные методы допирования углеродных материалов азотом, позволяющие проводить масштабирование синтеза азотсодержащих носителей для использования в качестве носителей металлических катализаторов. Методы включают пиролиз углеродных материалов с меламином или дициандиамидом, а также обработку окисленных материалов аммиаком. В результате обработки углеродных нанотрубок аммиаком получены азотсодержащие нанотрубки с трехкратным обогащением внешних графеновых слоев азотными центрами по сравнению со стандартными N-УНТ с равномерным распределением азотных центров во внешних и внутренних графеновых слоях. Синтезированные таким образом носители позволили увеличить долю изолированных ионов палладия с 40 до 80%. Ранее мы показывали, что эти ионы более активны в реакции получения водорода из муравьиной кислоты, чем атомы Pd на поверхности наночастиц Pd. Для носителей на основе Сибунита поверхностная концентрация азота, полученная пиролизом меламина, была значительно выше, чем в случае обработки Сибунита аммиаком; дисперсность Pd также была выше на образце, полученном пиролизом, и превышала 70%. Направление 3 Оптимизация режимов культивирования штаммов микроводорослей в стрессовых условиях позволила получить биомассу Parachlorella kessleri IC-11 в лабораторной установке с содержанием углеводов 34.3 ± 2.3%. Гидролизат полученной биомассы был использован для получения итаконовой и молочной кислот. Наибольшим выходом в оптимальных условиях обладает Lactobacillus rhamnosus IC-112, который в оптимальных условиях продуцирует молочную кислоту с выходом 70.6 ± 3.8% от общего количества моносахаридов Направление 4 В рамках лабораторных исследований каталитического окисления модельного соединения (октана) в реакторе с виброожиженным слоем алюмомеднохромового катализатора, были определены основные кинетические параметры процесса, такие как: константы скорости при различных температурах и энергия активации реакции на данном катализаторе, которая составила 27.1 кДж/моль. В ходе исследования образцов сферического носителя на основе γ-Al2O3 и алюмомедномагнийхромового катализатора на его основе, была определена основная причина дезактивации данной каталитической системы, заключающаяся в механическом разрушении. Экспериментальные исследования показали, что главной причиной разрушения является фазовый переход оксида алюминия, происходящий при локальных перегревах реактора до температур свыше 850 °С. Во время работ по пуско-наладке первой в мире установки по термокаталитическому окислению иловых осадков сточных вод коммунального хозяйства в г. Омске, была отобрана зола от сжигания, для которой были определены основные физико-химические характеристики.

Публикации

1. Субоч А.Н., Подъячева О.Ю. Pd Catalysts Supported on Bamboo-Like Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes for Hydrogen production Energies, V. 14 (5), p. 1501: 1-13 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/en14051501

2. Чесноков В.В., Чичкань А.С., Герасимов Е.Ю. Effect of Synthesis Conditions on the Properties of Graphene Doped with Nitrogen Atoms Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures, P. 1-5 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1080/1536383X.2021.1994553

3. Чесноков В.В., Чичкань А.С., Пармон В.Н. Effect of High-Temperature Treatment on the Properties of Carbon Nanotube-Based Petroleum Coke Composite Petroleum Chemistry, V. 61, N 12, P. 1-8 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1134/S0965544121110177

4. Булушев Д.А. Progress in Catalytic Hydrogen Production from Formic Acid over Supported Metal Complexes Energies, V.14. N5. p. 1334 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/en14051334

5. Булушев Д.А., Булушева Л.Г. Catalysts with single metal atoms for the hydrogen production from formic acid Catalysis Reviews: Science and Engineering, P. 1-40 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1080/01614940.2020.1864860

6. Сорокина К.Н., Самойлова Ю.В., Пармон В.Н. Применение биомассы микроводорослей для получения востребованных продуктов. Часть 1. Подходы к получению биомассы микроводорослей Катализ в промышленности, - (год публикации - 2022)

7. Болтенков В.В., Таран О.П., Яшник С.А., Бабушкин Д.Э., Пармон В.Н. Исследование механизма селективного пероксидного окисления метана в присутствии Cu(Fe)-содержащих катализаторов со структурой MFI РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов (20‐25 сентября 2021 г., Казань, Россия): – Новосибирск : Институт катализа СО РАН, 2021., C. 151-152 (год публикации - 2021)

8. Болтенков В.В., Таран О.П., Яшник С.А., Бабушкин Д.Э., Пармон В.Н. Селективное пероксидное окисление метана в мягких условиях в присутствии Cu(Fe)-содержащих цеолитов типа ZSM-5 для получения муравьиной кислоты и других оксигенатов. V Школа молодых ученых «Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы», 29 сентября - 2 октября 2021 (Красноярск, Россия). Сборник тезисов докладов. 2021, С. 42. (год публикации - 2021)

9. Голубь Ф.С., Булушев Д.А., Пармон В.Н. Получение водорода из муравьиной кислоты на Pd-катализаторах, нанесённых на азотсодержащие углеродные материалы РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов (20‐25 сентября 2021 г., Казань, Россия): – Новосибирск : Институт катализа СО РАН, 2021., C.573-574 (год публикации - 2021)

10. Громов Н.В., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Тимофеева М.Н., Жижина Е.Г., Таран О.П., Пармон В.Н. Разработка процесса гидролиза-окисления возобновляемого растительного и микробиального сырья в муравьиную кислоту в присутствии гетерополикислотных катализаторов РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов (20‐25 сентября 2021 г., Казань, Россия): – Новосибирск : Институт катализа СО РАН, 2021., C. 161-162. (год публикации - 2021)

11. Дубинин Ю.В., Языков Н.А., Федоров А.В., Яковлев В.А. Experience in operationg a pilot plant for the sewage sludge utilization in a fluidized bed of catalyst XXIV International Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR‐24) [Electronic resource] : abstracts / (September 12 ‐ 17, 2021 in Milan, Italy – Novosibirsk, Russia), P.191 (год публикации - 2021)

12. Коробова А.Н., Шинкевич К.С., Свинцицкий Д.А., Стонкус О.А., Лисицын А.С., Соболев В.И., Чесноков В.В., Подъячева О.Ю. Управляемый синтез различных активных форм палладия с помощью углеродных нанотрубок, допированных азотом РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов (20‐25 сентября 2021 г., Казань, Россия): ИК СО РАН. Новосибирск. 2021., C.57-58 (год публикации - 2021)

13. Сальников А.В., Яшник С.А., Исмагилов З.Р. Разработка сульфидных катализаторов для окислительной каталитической очистки дизельной фракции РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов (20‐25 сентября 2021 г., Казань, Россия): – Новосибирск : Институт катализа СО РАН, 2021., C.604-605 (год публикации - 2021)

14. Чесноков В.В,, Чичкань А.С., Пармон В.Н. Effect of Catalysts on Tar Carbonization XXIV International Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR‐24): abstracts / (September 12 ‐ 17, 2021 in Milan, Italy – Novosibirsk, Russia).–BIC.,2021., P. 295-296 (год публикации - 2021)

15. Чесноков В.В. Разработка методов получения и выделения сверхчистого водорода из углеводородного сырья Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Пятая школа молодых учёных [Электронный ресурс]: сборник тезисов докладов, 29 сентября – 2 октября 2021 г., Красноярск / Институт катализа СО РАН – Новосибирск: ИК СО РАН, С. 14-15 (год публикации - 2021)

16. Чичкань А.С., Олексик К.А., Чесноков В.В. Исследование свойств композита «УНТ-нефтяной кокс», полученного коксованием гудрона Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Пятая школа молодых учёных: сборник тезисов докладов, 29 сентября – 2 октября 2021 г., Красноярск / Институт катализа СО РАН – Новосибирск: ИК СО РАН, 2021, С. 73-74 (год публикации - 2021)

17. Чичкань А.С., Олексик К.А., Чесноков В.В. Каталитический крекинг гудрона в присутствии муравьиной кислоты Труды XXII Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 60-летию со дня первого полёта человека в космос "Наука, Промышленность, Оборона" . 21-23 апр. 2021 , г. Новосибирск., С. 124-127 (год публикации - 2021)

18. Чичкань А.С., Чесноков В.В. Nitrogen-Doped Graphene with High Specific Surface Area 15th International Conference “Advanced Carbon Nanostructures” (ACNS’2021), June 28 – July 2, 2021, Saint-Petersburg, Russia: Book of abstracts., P.27. (год публикации - 2021)

19. Чичкань А.С., Чесноков В.В., Пармон В.Н. Свойства композита «УНТ-нефтяной кокс» 13-я Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». ТИСНУМ. 24-26 ноябрь 2021 , г. Троицк. Сборник тезисов докладов: Троицк, 2021., С. 225-226 (год публикации - 2021)

20. Яшник С.А., Болтенков В.В., Таран О.П., Пармон В.Н. Варьирование структуры Cu-центров Cu-ZSM-5 катализатора как способ регулирования активности в пероксидном окислении метана РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов (20‐25 сентября 2021 г., Казань, Россия): – Новосибирск : Институт катализа СО РАН, 2021., C.399-400. (год публикации - 2021)

21. Булушев Д.А. Advanced Catalysis in Hydrogen Production from Formic Acid and Methanol Energies, V.14. N20. p.6810. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/en14206810

22. - Над улучшением процессов нефтепереработки работают новосибирские химики ВЕСТИ Новосибирск, - (год публикации - )

23. - В ИК СО РАН разработали новый метод получения водородного топлива из муравьиной кислоты новости, телеканал ОТС, Новосибирск, - (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Направление 1. Изучены закономерности каталитического коксования гудрона и гудрона, разбавленного гексадеканом и антраценом, при широком варьировании состава катализаторов: 8%Ni/УНТ, 8%Ni/Сибунит, 8%Co/УНТ, 5%Ni-12%Mo/УНТ и 5%Co-12%Mo/УНТ и условий проведения процесса. Найдено, что при значительном разбавлении гудрона гексадеканом (больше 90%) интенсивно протекает каталитическое образование углеродных нановолокон (УНВ) на никелевых и кобальтсодержащих катализаторах. Связано это с низкой концентрацией серы в смеси гудрон-гексадекан, в силу чего отсутствует дезактивация катализатора. Из поликонденсированных ароматических углеводородов (антрацена) образование УНВ не происходит. Эти выводы удалось подтвердить при исследовании влияния гидрокрекинга гудрона на последующий процесс его коксования. Гидрокрекинг гудрона приводит к образованию более легких углеводородных фракций и снижению в них содержания серы и азота на порядок. При коксовании жидких продуктов гидрокрекинга гудрона вместо образования нефтяного кокса происходит рост УНВ на катализаторах Me/УНТ или Me/Сибунит и образование пластинок аморфного углерода. Более подробно см. в статье: В. В. Чесноков, П. П. Дик, А. С. Чичкань, В. Н. Пармон. Влияние гидрокрекинга гудрона на последующий процесс его коксования, Нефтехимия. 2022. том 62, № 6, с. 1–8 В целях обеспечения энергоэффективности СВЧ крекинга н-алканов реализована схема проведения СВЧ крекинга в парах предельных углеводородов в условиях, когда испарение сырья производилось нагревателем пространственно разделенным с местом поглощения СВЧ-мощности. Определены критические параметры СВЧ крекинга н-алканов, обеспечивающие повышенную селективность образования линейных альфа-олефинов, необходимые для промышленной реализации процесса. К таким параметрам относятся химический состав, температура и размер гранул СВЧ-катализатора, температура и давление паров сырья (н-алканов) в реакционной зоне вблизи зерен катализатора. В качестве СВЧ катализатора рекомендуется использовать карбид кремния со средним размером зерен 1-1.5 мм. Температура зерен должна составлять около 600 оC. Мощность СВЧ-источника, обеспечивающая такую температуру, определяется количеством катализатора, зависящим от размеров реактора. Температура паров перерабатываемого н-алкана или смеси н-алканов рекомендуется использовать близкую к температуре кипения основных компонентов смеси. Крекинг рекомендуется проводить без повышения давления. В противном случае будет ухудшаться селективность в отношении альфа-олефинов. Направление 2. Методом ионного обмена синтезированы Сu-содержащие катализаторы на основе цеолитов со структурным типом MOR, BEA, SAPO-34 и ZSM-5. С использованием методов ЭСДО, ЭПР и ТПВ-Н2 изучено электронное состояние катионов меди в них. Показано, что Cu-MOR, Cu-BEA и Cu-ZSM-5 содержат преимущественно изолированные ионы Cu(2+), содержание ассоциированных ионов Cu(2+) и CuO-подобных кластеров не превышает 20%. В Cu-SAPO-34 изолированные ионы являются основным состоянием. Сu-SAPO-34, Cu-MOR и Cu-BEA протестированы в реакции пероксидного окисления метана (50 °С, давление CH4 30 бар, концентрации катализатора и Н2О2 2,7 г/л и 1М, реакция 90 мин). Основные продукты реакции - метилгидропероксид и метанол. Показано, что катализаторы со структурой ZSM-5 более активны и селективны к образованию муравьиной кислоты (МК). Изучение влияния рН среды (0,8, 1,5 и 3) на выход МК из микробиальной биомассы в присутствии катализатора H11PMo4V8O40 показало, что при 130 °С, [субстрат] – 10 г/л, [V] – 21,6 мМ/л, 50 атм воздуха кислотность не должна превышать 1,5 (выход МК 42 вес.%). Показана возможность получения МК из лигноцеллюлозной биомассы мискантуса с выходом МК до 59 вес.% в растворе гетерополикислоты H4PMo11VO40 (ГПК-1) (170-180 °С, загрузка катализатора 40 мМ/л, начальное давление воздуха не ниже 20 атм). В условиях, подобранных для ГПК-1, проведен эксперимент по превращению мискантуса в присутствии Cs3,5H7,5PMo4V8O40. Выход МК составил 32 вес.% за 2 ч реакции. Обнаружено значительное положительное влияние обогащения внешних графеновых слоев N-CNTs на активность катализатора 1%Pd/N-CNTs в газофазной реакции разложения муравьиной кислоты. Стабилизация наночастиц палладия с увеличенной электронной плотностью и присутствие аминных групп на углеродной поверхности позволяют увеличить активность катализатора в 7 раз при селективности по водороду более 99%. Было также проведено осаждение азотсодержащих прекурсоров на носителе Сибунит путем пиролиза меламина (Mel) и дициандиамида (ДЦДА) при 673 и 823 К с образованием остатка типа g-C3N4. Скорость реакции для катализаторов Pd/Mel/Сибунит продемонстрировала вулкано-образный характер в зависимости от соотношения Mel/Сибунит с максимумом при 1:2 независимо от температуры пиролиза. Была получена скорость реакции в 5 раз превышающая скорость на катализаторе Pd/Сибунит. Сделан вывод, что для эффективного протекания реакции необходимы азотные центры способные сильно взаимодействовать с Pd, обеспечивая образование высокодисперсных металлических наночастиц (1,6 нм) и атомарных форм Pd2+. С использованием метода ИК спектроскопии in situ обнаружено образование конденсированной муравьиной кислоты, хемосорбированного СО на Pd центрах и карбонил-содержащего интермедиата на катализаторах, содержащих g-C3N4. Хемосорбированный СО блокирует центры Pd для реакции разложения HCOOH и должен приводить к уменьшению скорости реакции по сравнению с чистой поверхностью Pd. Атомарные формы Pd2+, стабилизированные азотными центрами, являются значительно более устойчивыми к отравлению СО и могут обусловливать высокую активность катализаторов. Кроме того, использование меламина в качестве N-предшественника может позволить осуществить масштабируемый синтез на основе пиролиза с получением углеродных носителей, допированных азотом. Направление 3. Parachlorella kesslerii IC-11. Показано, что эта микроводоросль обладает высокой эффективностью удаления ртути, марганца, олова и никеля (93-99%) из сточных вод, и минимальной хрома (57%), биотопливо получаемое при ее культивировании на сточных водах, загрязненных ртутью, обладает ее низким содержанием (<3 мкг/кг). Полученные в ходе работы штаммы Aspergillus terrreus позволяют получать итаконовую кислоту при культивировании на гидролизатах Parachlorella kesslerii IC-11 с выходом 0,17 г/г ферментируемых сахаров Направление 4. В результате проведенных исследований была предложена кинетическая модель, учитывающая двухфазную природу системы (фаза твердых частиц катализатора и фаза газообразных пузырей) и массообмен между фазами. Разработана методика ускоренного истирания образцов катализаторов и инертных материалов, использующихся в реакторах с кипящим слоем. Показано, что истираемость катализатора после испытаний в опытно-промышленной установке сжигания иловых осадков сточных вод практически не уступает в значении свежему образцу. Показано, что истираемость катализатора зависит от свойств инертного материала, применяющегося в качестве разбавителя в реакторе кипящего слоя. Для наиболее эффективного использования катализатора необходимо создание инертного материала, обладающего схожими с катализатором прочностными характеристиками. Зольный остаток от термокаталитичского сжигания иловых осадков сточных вод может успешно применяться в строительстве – как минимум при производстве зольного кирпича и в составе цементных смесей.

Публикации

1. Громов Н.В., Медведева Т.А., Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Тимофеева М.Н., Таран О.П., Пармон В.Н. Formic Acid Production via One-Pot Hydrolysis-Oxidation of Starch over Quaternary Ammonium Salts of Vanadium-Containing Keggin-Type Heteropoly Acids Catalysts, V.12. N10. 1252:1-13 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/catal12101252

2. Паукштис Е.А., Чесноков В.В. Глазнева Т.С. State of Formic Acid Dissolved in Tar According to Infrared Spectroscopy Applied Spectroscopy, V. 0(0), p. 1–6 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1177/00037028221134118

3. Рувинский П.С., Кукушкин Р.Г., Дубинин Ю.В., Языков Н.А., Яковлев В.А. Development of Novel Approaches in Material Attrition Studies for Hard Ceramic Applications Chemical Engineering Research and Design, V.188. P.541-544 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.10.016

4. Чесноков В.В. Technology for Producing Hydrogen and Carbon Nanofibers from Natural Gas Kinetics and Catalysis, N1. V.63. P.67-74. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S0023158422010013

5. Чесноков В.В. , Дик П.П., Чичкань А.С. , Пармон В.Н. Effects of Tar Hydrocracking on Subsequent Carbonization Petroleum Chemistry, - (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S0965544122100061

6. Чесноков В.В. , Чичкань А.С. Method for Producing Hydrogen and Carbon Nanotubes from Natural Gas Chemistry for Sustainable Development, N1. V.30. P.87-93. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.15372/CSD2022361

7. Чесноков В.В., Дик П.П., Никитенок А.В., Чичкань А.С., Пармон В.Н. Comparative Analysis of the Effects of Hydrogen and Formic Acid on the Vacuum Residue Hydrocracking Chemical Engineering Journal, V.449. 137839:1-9. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137839

8. Чесноков В.В., Чичкань А.С., Мосеенков С.И., Пармон В.Н. Influence of Carbon Nanotubes on the Properties of Coke Derived from Heavy Tar Coke and Chemistry, V.64. N11. P.522-526 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3103/S1068364X21110028

9. Яшник С.А. , Болтенков В.В. , Бабушкин Д.Э. , Суровцова Т.А. , Пармон В.Н. Liquid-Phase Methane Peroxidation in the Presence of Cu-ZSM-5: Effect of Modification with Palladium Kinetics and Catalysis, Vol. 63, No. 5, pp. 555–568 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S0023158422050172

10. Сорокина К.Н. , Самойлова Ю.В. , Пармон В.Н. ПРИМЕНЕНИЕ БИОМАССЫ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОСТРЕБОВАННЫХ ПРОДУКТОВ Часть 1. Подходы к получению биомассы микроводорослей Катализ в промышленности, T.22, # 3, c. 66-85 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2022-3-66-85

11. Янг Кс., Булушев Д.А., Янг Дж., Жанг К New Liquid Chemical Hydrogen Storage Technology Energies, Том 15, Номер 17, 6360 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/en15176360

12. Голубь Ф.С. , Булушев Д.А. , Пармон В.Н. Получение водорода из муравьиной кислоты на Pd-катализаторах, нанесённых на азотсодержащие углеродные материалы Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Шестая кола молодых учёных [Электронный ресурс]: сборник тезисов докладов, C.63-64 (год публикации - 2022)

13. Голубь Ф.С. , Пармон В.Н. , Булушев Д.А. Каталитические системы на основе Pd, нанесённого на азотсодержащие углеродные материалы,для получения водорода Сборник тезисов докладов XXIII Международной Черняевской конференции по химии, анализу и технологии платиновых металлов.–ИНХ СО РАН.,2022., с.136 (год публикации - 2022)

14. Лукоянов И.А. , Панченко В.Н. , Тимофеева М.Н. Влияние структуры и химического состава на каталитические свойства цеолитоподобных Zn,Co-имидазолятных каркасов в реакции синтеза пропиленкарбоната из CO2 и пропиленоксида Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Шестая кола молодых учёных [Электронный ресурс]: сборник тезисов докладов, C.51-52 (год публикации - 2022)

15. Олексик К.А. , Чичкань А.С. , Никитёнок А.В. , Чесноков В.В. Влияние катализатора Ni-Mo/Al2O3 и муравьиной кислоты на гидрокрекинг гудрона. Наука Промышленность Оборона: труды XXIII Всероссийской научно-технической конференции: в 4 т., C.181-185 (год публикации - 2022)

16. Сальников А.В. , Яшник С.А. , Исмагилов З.Р. Окислительная каталитическая очистка углеводородного топлива Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Шестая кола молодых учёных [Электронный ресурс]: сборник тезисов докладов, C.43-44 (год публикации - 2022)

17. Черенков И.А. , Медведева Т.Б. , Лукоянов И.А. , Громов Н.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОЛИЗА-ОКИСЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ В МУРАВЬИНУЮ КИСЛОТУ – ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ИСТОЧНИК ВОДОРОДА – В ПРИСУТСТВИИ MO-V-P ГЕТЕРОПОЛИКИСЛОТНЫХ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ Наука Промышленность Оборона: труды XXIII Всероссийской научно-технической конференции: в 4 т. Т.3, C.215-219 (год публикации - 2022)

18. Черенков И.А. , Медведева Т.Б. , Лукоянов И.А. , Панченко В.Н. , Громов Н.В. , Тимофеева М.Н. , Пармон В.Н. Исследование процесса гидролиза-окисления растительного целлюлозосодержащего сырья для получения муравьиной кислоты в присутствии бифункциональных катализаторов на основе цезиевых солей Mo-V-P гетерополикислот Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Шестая школа молодых учёных [Электронный ресурс]: сборник тезисов докладов, C.33-34 (год публикации - 2022)

19. Черенков И.А., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Громов Н.В., Тимофеева М.Н. Production of biogenic formic acid by hydrolysis-oxidation of plant biomass and its main components in the presence of solid Mo-V-P HPA catalysts VII International School-Conference for Young Scientists "Catalysis: from Science to Industry" 11-15 окт. 2022 , Томск, c. 96 (год публикации - 2022)

20. Чичкань А.С. , Мыркина Д.А. , Чесноков В.В. Преимущества использования муравьиной кислоты в реакции гидрокрекинга гудрона Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Шестая кола молодых учёных [Электронный ресурс]: сборник тезисов докладов, C.41-42 (год публикации - 2022)

21. Яшник С.А, Возможности ИК, ЭСДО и ЭПР спектроскопии в комплексном исследовании активных Cu-структур в медь-замещенных цеолитах Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Шестая кола молодых учёных [Электронный ресурс]: сборник тезисов докладов, C.19-20 (год публикации - 2022)

22. - VI Школа молодых ученых «Новые каталитические процессы глубокой переработку углеводородного сырья и биомассы». сайт НГТУ, Факультет летательных аппаратов, новости факультета, - (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Направление 1 1. Показано, что добавки углеродных нанотрубок (УНТ) или углеродных нанотрубок и муравьиной кислоты (УНТ-МК) к гудрону влияют на структурные параметры нефтяного кокса после прокалки его при температурах 1000-1300 °С. Прежде всего, увеличиваются размеры углеродных пакетов нефтяного кокса. Установлено, что добавка 2.5%УНТ или 2.5%УНТ-МК к гудрону снижает концентрацию серы в композите «2.5%УНТ-кокс». Удаление серы, встроенной в углеродные слои, интенсифицируется после увеличения температуры прокалки выше 1000 °С. Если исходный гудрон содержит 1.5 мас. % серы, то после прокалки композита «УНТ–кокс» при температуре 1300 °С концентрация серы уменьшается до 0.6 мас.%. 2. Добавка 2.5%УНТ к гудрону снижает удельное электрическое сопротивление нефтяного кокса, полученного при Т=550 °С, в 16 раз. После прокалок при 1000-1300 °С это различие резко снижается до 1.4-1.2 раза за счет уменьшения удельного сопротивления непосредственно нефтяного кокса. Удельное электрическое сопротивление композита «УНТ–кокс» после прокалки в инертной среде при температуре 1300 °С составляет 0.2 Ом*мм. Условия термического крекинга и гидрокрекинга гудрона оказывают определяющее влияние на макроструктуру нефтяного кокса после высокотемпературных прокалок в инертной среде. Медленное повышение температуры в автоклаве в интервале 350-400 °С и низкое (2-3 атм.) давление приводят к упорядочиванию углеродных пакетов, благоприятствующему в дальнейшем образованию игольчатого кокса после высокотемпературных (1100-1300 °С) прокалок. 3. С учетом ограничений применяемых ранее подходов и достижений, полученных в предшествующих периодах, продолжены работы над разработкой экономичной технологии крекинга, при которой обеспечивается высокая селективность образования линейных альфа-олефинов средней весовой группы (с числом атомов углерода от 6 до 14). Бесконтактный нагрев, как и раньше, обеспечивался поглощением энергии переменного электромагнитного поля инициаторами цепного процесса. Основное и важное отличие условий проведения крекинга заключалось в используемом диапазоне частот электромагнитного излучения. Вместо СВЧ нагрева (с частотой 2.4 ГГц) был использован индукционный нагрев с частотой 18-22 кГц. Индукционный нагрев является более экономичным по сравнению с СВЧ нагревом как по капитальным затратам на источник электромагнитного поля, так и по КПД. 4. Показано, что в случае использования индукционного нагрева для крекинга парафинсодержащего сырья, парогазовая прослойка, в которой происходит реакция крекинга по цепному радикальному механизму, образуется между индукционной мишенью (теплотрасформатором) и жидким, предварительно разогретым сырьем. Определено, что оптимальным для проведения крекинга является режим прокачки сырья, который обеспечивает температурный градиент между раскаленной стенкой мишени 600 – 700 °С и относительно холодной (250 – 350 °С) жидкостью. Направление 2 1. Для процесса пероксидного окисления метана на железо- и медьсодержащих цеолитах типа ZSM-5 было проведено математическое моделирование кинетической схемы реакции, состоящей из восьми стадий. Составлена система дифференциальных уравнений для моделирования кинетических кривых и на основании экспериментальных данных определены константы скорости отдельных стадий процесса. Была установлена ключевая роль растворимости газового субстрата в процессе окисления. 2. Катализаторы ГПК-х (где х – 1, 2, 3, 4, 5, 8) высокоэффективны в процессе гидролиза-окисления биомассы мискантуса в муравьиную кислоту. Исследование влияния структуры гетерополианиона показало, что существует прямая зависимость селективности к образованию МК от количества атомов V в структуре. При изучении влияния кислотности растворов ГПК-х обнаружено, что выход МК снижается при увеличении значения pH. 3. Изучено и показано, что делигницикация биомассы мискантуса и отбелка субстрата (остаточное содержание 1 вес.%) позволяет увеличить выход МК с 64 до 93 вес.%. 4. Показано, что реальная реакционная смесь, полученная гидролизом/окислением целлюлозы на катализаторе [Et4N]3.5H0.5PMo11VO40, не тормозит существенно превращение муравьиной кислоты в водород и диоксид углерода в газовой фазе на катализаторе Pd/N-C так же, как и компонент этой смеси (СH3COOH) и другие вещества (H2O, CH3OH). 5. Показана высокая активность катализатора Pd/N-УНТ в жидкофазном разложении муравьиной кислоты (TOF=1872 ч-1 при 50°С). Порядок реакции соответствовал 0.4 для сильноразбавленных водой смесей муравьиной кислоты и 0 для концентрированных растворов. 6. Впервые успешно реализован сценарий биомасса-H2, в котором на первом этапе получали муравьиную кислоту каталитическим гидролизом-окислением картофельного крахмала с использованием гетерогенного Cs3.5H0.5PMo11VO40 катализатора, а на втором этапе проводили каталитическое разложение синтезированной муравьиной кислоты на 1%Pd/N-УНТ катализаторе для получения водорода. Направление 3 1. Изучено влияние стимуляторов роста растений (индол-3-масляной, гиббереллиновой и транс-2-додецендиовой кислот) на метаболизм и рост микроводорослей. Показано, что транс-2-додецендионовая кислота обладает способностью стимулировать рост и продукцию углеводов (на 79,5%) у штамма Parachlorella kesslerii IC-11. 2. Изучена возможность применения микроводорослей для получения полигидроксиалканоатов. Показано, что при использовании выделенного штамма Bacillus sp. PHA5 уровень продукции полигидроксиалканоатов составляет 26% при использовании кислотного гидролизата углеводов Parachlorella kesslerii IC-11 в качестве субстрата через 48 ч культивирования при 28°С. Направление 4 1. Составлена функция необратимой деградации катализатора, необходимой для общей модели протекания процесса термокаталитического окисления иловых осадков в кипящем слое, включающая в себя следующие параметры: скорость начала кипения частиц катализатора, скорость уноса частиц катализатора, коэффициент расширения слоя, гидродинамику узла подачи воздуха на ожижение и сжигание в промышленном реакторе, а также скорость истирания частиц катализатора от времени. 2. Разработана нестационарная кинетическая модель, учитывающая такие параметры, как: теплоту сгорания органической части иловых осадков сточных вод коммунального хозяйства при недостатке воздуха; теплотехнические характеристики иловых осадков (влажность, зольность, калорийность), обеспечивающие сохранение автотермичности процесса их термокаталитического окисления; результаты сжигания осадка в реакторе термокаталитического окисления иловых осадков сточных вод коммунального хозяйства, эксплуатируемого в г. Омске. 3. Определены перспективы использования композиционных материалов, содержащих зольный остаток, образующийся в результате сжигания иловых осадков сточных вод в кипящем слое катализатора. Исследованы физико-химические и теплофизические свойства зольного остатка, наработанного в промышленном реакторе. На основании полученных результатов разрабатываются ТУ на изготовление композитных конструкционных материалов (зольный кирпич).

Публикации

1. Голубь Ф.С., Болотов В.А., Шабалин А. Ю., Долгушев П.А., Пармон В.Н. Перспективы синтеза линейных алкилбензолов при гомогенном каталитическом алкилировании бензола смесями олефинов сложного состава: исследование состава продуктов методом двумерной хроматографии Катализ в промышленности, - (год публикации - 2024)

2. Голубь Ф.С., Герасимов Е.Ю., Просвирин И.П., Плюснин П.Е., Болотов В.А., Пармон В.Н., Булушев Д.А. Engineering of the N-Doped Carbon Support for Improved Performance of Supported Pd Catalysts in Hydrogen Production from Gas-Phase Formic Acid International Journal of Hydrogen Energy, V. 48, N. 59, P. 22439-22452 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.042

3. Громов Н.В., Медведева Т.Б, Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Приходько С.А., Пармон В.Н., Тимофеева М.Н. Hydrolysis-Oxidation of Cellulose to Formic Acid in the Presence of Micellar Vanadium-Containing Molybdophosphoric Heteropoly Acids Results in Engineering, V.17, N статьи : 100913, p. 1-10 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.100913

4. Заварухин С.Г., Дубинин Ю.В., Языков Н.А., Яковлев В.А. Theoretical Method for Evaluating the Heat of Combustion of Sewage Sludge in the Lack of Air Solid Fuel Chemistry, V. 56, N. Suppl 1, P. S55-S61 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3103/s0361521923010111

5. Кленов О.П., Дубинин Ю.В., Языков Н.А., Яковлев В.А. Hydrodynamics of a Reactor for Thermocatalytic Oxidation of Sewage Sludge Chemical Engineering Science, V. 270, Номер статьи : 118535, P. 1-11 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118535

6. Коробова А.Н., Громов Н.В., Медведева Т.Б., Лисицын А.С., Кибис Л.С., Стонкус О.А., Соболев В.И., Подъячева О.Ю. Ru Catalysts Supported on Bamboo-like N-Doped Carbon Nanotubes: Activity and Stability in Oxidizing and Reducing Environment Materials, V. 16, N 4, Номер статьи : 1465, p.1-19 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ma16041465

7. Подъячева О.Ю., Коробова А.Н., Яшник С.А., Свинцицкий Д.А., Стонкус О.А., Соболев М.И., Пармон В.Н. Tailored Synthesis of a Palladium Catalyst Supported on Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes for Gas-Phase Formic Acid Decomposition: A Strong Influence of a Way of Nitrogen Doping Diamond and Related Materials, V. 134, Номер статьи : 109771, p. 1-11 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.109771

8. Чесноков В.В., Дик П.П. The Effect of Carbon Nanofibers on the Hydrocracking of Vacuum Residue in the Presence of Formic Acid Energies, V. 16, N. 18, N статьи 6477, p. 1-15 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/en16186477

9. Чесноков В.В., Паукштис Е.А., Просвирин И.П., Герасимов Е.Ю. Template synthesis of B-doped graphene-like carbon nanomaterial from phenylboronic acid Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures, Vol. 31, N. 8, 796–803 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1080/1536383X.2023.2209227

10. Чесноков В.В., Просвирин И.П., Герасимов Е.Ю., Милюшина А.С., Пармон В.Н. Effect of high-temperature calcination on the structure of boron-containing centers in a carbon nanomaterial Journal of Structural Chemistry, Vol. 64, No. 9, pp. 1618-1625 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S0022476623090056

11. Яшник С.А., Суровцова Т.А., Сальников А,В,, Пармон В.Н. Leaching Stability and Redox Activity of Copper-MFI Zeolites Prepared by Solid-State Transformations: Comparison with Ion-Exchanged and Impregnated Samples Materials, V. 16, N.2. номер статьи 671, 23 стр. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ma16020671

12. Самойлова Ю.В., Сорокина К.Н., Пармон В.Н. Применение биомассы микроводорослей для получения востребованных продуктов. Часть 2. Современные подходы к комплексной биопереработке биомассы микроводорослей Катализ в промышленности, Т. 23, № 3, С. 43-51 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2023-3-43-51

13. Самойлова Ю.В., Сорокина К.Н., Пармон В.Н. Применение биомассы микроводорослей для получения востребованных продуктов. Часть 4. Получение биотоплив из микроводорослей с использованием биотехнологических подходов Катализ в промышленности, Т. 23, № 3, С. 66-80, (год публикации - 2023) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2023-3-66-80

14. Самойлова Ю.В., Сорокина К.Н., Пармон В.Н. Применение биомассы микроводорослей для получения востребованных продуктов. Часть 5. Реактивное топливо из биомассы микроводорослей Катализ в промышленности, - (год публикации - 2024)

15. Самойлова Ю.В., Сорокина К.Н., Пармон В.Н. Применение биомассы микроводорослей для получения востребованных продуктов. Часть 6. Биопластик из микроводорослей Катализ в промышленности, - (год публикации - 2024)

16. Сорокина К.Н., Самойлова Ю.В., Пармон В.Н. Сравнительный анализ биотехнологических и каталитических подходов к получению органических кислот Катализ в промышленности, - (год публикации - 2024)

17. Сорокина К.Н., Самойлова Ю.В., Пармон В.Н. Применение биомассы микроводорослей для получения востребованных продуктов. Часть 3. Получение моторных топлив из биомассы микроводорослей с использованием каталитических подходов Катализ в промышленности, Т. 23, № 3, С. 52-65 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2023-3-52-65

18. Голубь Ф.С., Булушев Д.А., Пармон В.Н. Получение водорода из муравьиной кислоты на Pd-катализаторах, нанесённых на азотсодержащие углеродные материалы Четвертая российская конференция «ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D-КРИСТАЛЛ» Сборник тезисов докладов 14‒18 августа 2023 года, ИНХ СО РАН,Новосибирск, стр. 145 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26902/Graphene-23-142

19. Д.А. Мыркина, А.С. Милюшина, В.В. Чесноков Влияние муравьиной кислоты и никель-молибденовых катализаторов на гидрокрекинг тяжелых нефтяных остатков Наука Промышленность Оборона: труды XXIV Всероссийской научно-технической конференции: в 4 т. / коллектив авторов; под редакцией А. В. Гуськова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. 296 c., Том III, C.190-194. (год публикации - 2023)

20. Кленов О.П. , Дубинин Ю.В. , Языков Н.А. , Яковлев В.А. Гидродинамические аспекты реактора с псевдоожиженным слоем для термокаталитического окисления иловых осадков сточных вод XXV Международная конференция по химическим реакторам (ХимРеактор-25), Сборник тезисов, (8-13 октября 2023 г, Тюмень, Россия) [Электронный ресурс] /ред. Носкова А.С., Загоруйко А.Н. - Новосибирск: ИК СО РАН. 2023. 403 c., С. 117-118 (год публикации - 2023)

21. Люлюкин А.П. Разработка композиционного материала на основе γ-Al2O3 для использования в кипящем слое катализатора МНСК-2023 Химия : Материалы 61-й Международной научной студенческой конференции 17–26 апреля 2023 г. Сборник, Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2023. — 194 с., С. 143 (год публикации - 2023)

22. Люлюкин А.П. , Дубинин Ю.В. , Кукушкин Р.Г. , Яковлев В.А. Разработка композиционного материала на основе γ-Al2O3 для использования в кипящем слое катализатора Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов- 2023», секция «Химия». /Отв. ред.: Дзубан А.В. – М.: Издательство «Перо», 2023. – 121 МБ. [Электронное издание]., С. 316 (год публикации - 2023)

23. Люлюкин А.П., Дубинин Ю.В., Кукушкин Р.Г., Яковлев В.А. Разработка композиционного материала на основе γ-Al2O3 для использования в установках по сжиганию отходов Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии. VII Всероссийская научная молодёжная школа-конференция : сборник тезисов докладов, 16-18 мая 2023 г., Омск, ИК СО РАН. - Новосибирск: ИК СО РАН, 2023. 261 c., с. 98-99 (год публикации - 2023)

24. Медведева Т.Б., Громов Н.В., Черенков И.А., Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н. Синтез МК из углеводсодержащего сырья в присутствии бифункциональных Mo-V-P твердых и мицеллярных каталитических систем Сборник «Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Седьмая школа молодых учёных», 2-6 октября 2023, Красноярск, ИК СО РАН. 2023. 154 c., стр. 113 (год публикации - 2023)

25. Милюшина А.С., Мыркина Д.А., Чесноков В.В. Гидрокрекинг гудрона в присутствии муравьиной кислоты и углеродных нановолокон Cборник тезисов "Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Седьмая школа молодых учёных", 2 – 6 октября, 2023 г, Красноярск, – Новосибирск: Институт катализа СО РАН, 2023. c. 154, c. 33-34 (год публикации - 2023)

26. Мыркина Д.А., Милюшина А.С., Чесноков В.В. Влияние муравьиной кислоты и никель-молибденовых катализаторов на гидрокрекинг тяжелых нефтяных остатков Наука. Технологии. Инновации: XVI Всероссийская научная конференция молодых ученых (г.Новосибирск, 05-08 декабря 2022 г.) // Сборник научных трудов в 11 ч. Т.11 Сборник, НГТУ. 2022. 306 c., c. 249-250 (год публикации - 2023)

27. Петренко А.К., Медведева Т.Б., Землянский П.В., Тимофеева М.Н., Громов Н.В. Исследование процесса жидкофазного пероксидного окисления фенола в присутствии твердых железосодержащих оксидных катализаторов различной структуры Сборник "Экология России и сопредельных территорий : Материалы XXVI Международной экологической студенческой конференции (МЭСК-2023)./ отв. за выпуск Романова Т.Е.–Новосибирск: ИПЦ НГУ., 2023.– 134 с., с. 55 (год публикации - 2023)

28. Подъячева О.Ю., Коробова А.Н., Яшник С.А., Свинцицкий Д.А., Стонкус О.А., Соболев В.И., Пармон В.Н. Влияние способа синтеза азот-содержащих углеродных нанотрубок на свойства нанесенного палладия в реакции разложения муравьиной кислоты Четвертая российская конференция «ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D-КРИСТАЛЛ» Сборник тезисов докладов. 14‒18 августа 2023 года, ИНХ СО РАН, Новосибирск, стр. 12 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26902/Graphene-23-010

29. Черенков И.А., Лукоянов И.А., Медведева Т.Б., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н., Громов Н.В. Переработка растительной возобновляемой биомассы мискантуса и шелухи овса в муравьиную кислоту в присутствии Mo-V-P гетерополикислотных катализаторов "Перспективы развития фундаментальных наук." Сборник научных трудов XX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.– Т.2. Химия./под ред. Курзиной И.В., Томск: Изв-во ТПУ, 2023. - 274 с., C. 250-251 (год публикации - 2023)

30. Черенков И.А., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Тимофеева М.Н., Громов Н.В. Окислительная каталитическая переработка лигноцеллюлозной возобновляемой биомассы в муравьиную кислоту с применением OxFA процесса Сборник "Экология России и сопредельных территорий : Материалы XXVI Международной экологической студенческой конференции (МЭСК-2023)"/отв. за выпуск Романова Т.Е.,–Новосибирск: ИПЦ НГУ., 2023, 134 с.., С. 49 (год публикации - 2023)

31. Черенков И.А., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Тимофеева М.Н., Громов Н.В. Применение OxFA процесса для получения биогенной муравьиной кислоты из мискантуса Сибирского «Новые катализаторы и каталитические процессы для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики [Электронный ресурс]: сборник тезисов научной школы молодых ученых. Россия, Томск, 9 – 10 октября 2023 г» - ТГУ, 2023, 57 с., c. 53 (год публикации - 2023)

32. Черенков И.А., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Тимофеева М.Н., Громов Н.В., Пармон В.Н. Получение муравьиной кислоты из Мискантуса Сибирского методом одностадийного гидролиза-окисления в присутствии растворимых бифункциональных Mo-V-P катализаторов "Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Седьмая школа молодых учёных" [Электронный ресурс]: сборник тезисов (2 – 6 октября, 2023 г., Красноярск, Россия).–ИК СО РАН.,2023., c. 25-26 (год публикации - 2023)

33. Черенков И.А., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Тимофеева М.Н., Громов Н.В., Пармон В.Н. Получение муравьиной кислоты из возобновляемого растительного сырья в присутствии растворимых бифункциональных катализаторов Mo-V-P ГПК Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии. VII Всероссийская научная молодёжная школа-конференция : сборник тезисов докладов, 16-18 мая 2023 г., Омск.–ИК СО РАН.,2023., с. 182-183 (год публикации - 2023)

34. Черенков И.А., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Панченко В.Н., Тимофеева М.Н., Громов Н.В., Пармон В.Н. Переработка мискантуса в муравьиную кислоту в присутствии катализаторов растворимых гетерополикислот Сборник "Наука Промышленность Оборона: труды XXIV Всероссийской научно-технической конференции: в 4-х томах". Том III./под ред. Гуськова А.В. - Новосибирск: НГТУ, 2023, 296 с.., C. 272-275 (год публикации - 2023)

35. Черенков И.А., Медведева Т.Б., Лукоянов И.А., Тимофеева М.Н., Громов Н.В., Пармон В.Н. Исследование процесса гидролиза-окисления мискантуса в муравьиную кислоту в присутствии растворимых Mо-V-P гетерополикислотных катализаторов Сборник "Химические технологии функциональных материалов: материалы IX Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции"/отв. ред Апарнев А.И.–НГТУ.,2023.– 328 с., с. 298-299 (год публикации - 2023)

36. Чесноков В.В., Просвирин И.П., Герасимов Е.Ю., Паукштис Е.А., Милюшина А.С., Пармон В.Н. Синтез допированного бором графеноподобного углеродного наноматериала Программа и тезисы докладов Четвертой российской конференции «Графен: молекула и 2D-кристалл» / Отв. за выпуск А.В. Окотруб. Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2023, 171 с., стр. 62 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26902/Graphene-23-060

37. Черноусов Ю. Д., Болотов В. А., Грибовский А. Г., Анисимов О. А., Брезгунов Ю. В., Пармон В. Н. Устройство подвода СВЧ-энергии -, заявки № 2023126599 (год публикации - )

38. Чесноков В.В., Чичкань А.С., Пармон В.Н. Нефтяной кокс и способ его приготовления -, RU2796982C1 (год публикации - )

39. - Новосибирские ученые разработали новый способ получения уникального графена «ВЕСТИ НОВОСИБИРСК», 3 ИЮЛЯ 2023 (год публикации - )

40. - Сибирские ученые представили новый способ получения альфа-олефинов Наука в Сибири, ИЗДАНИЕ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 29 августа 2023 (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
Направление 1 Исследования по разработке высокоэффективных каталитических способов управления процессами коксования и гидрокрекинга тяжелых нефтяных остатков были нацелены на оптимизацию превращения тяжелых нефтяных остатков в востребованные продукты: жидкое моторное топливо, твердые углеродные материалы (электроды для металлургии, нефтяной кокс). Это направление в целом имеет большую практическую значимость для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики. Результаты, полученные по изучению возможности управления селективностью образования линейных альфа-олефинов в процессе термического крекинга н-алканов C16+ в условиях селективного СВЧ нагрева катализатора, будут использованы при выполнении НИОКР по созданию пилотной установки термического крекинга высокопарафинистого сырья с использованием индукционного нагрева для повышения выхода линейных α-олефинов. Это позволит масштабировать лабораторные результаты, достигнутые к настоящему моменту, и получить данные для ТЭО промышленной технологии, которая позволит получать широкий спектр альфа-олефинов, пригодных для дальнейшей переработки в технологически значимые продукты (алкилсульфонаты, линейные алкилбензолы, высшие спирты, полеолефиновые масла). Направление 2 Сформирован научный задел для разработки двухстадийной каталитической технологии получения водорода из возобновляемых источников сырья с получением в качестве промежуточного продукта муравьиной кислоты. Разработаны активные, стабильные и селективные катализаторы на основе сильных кислот (медьсодержащие цеолиты, Мо,V-содержащие ГПК и их соли) для каталитических одностадийных превращений микробиального, растительного сырья и метана в ценные продукты, включая муравьиную кислоту. Разработаны активные, стабильные и селективные катализаторы на основе Pd и азот-содержащих углеродных материалов для реакции получения водорода из муравьиной кислоты в газовой и жидкой фазах. Направление 3 Полученный в ходе работы штамм микроводоросли P. kesslerii IC-11 применим в процессах очистки сточных вод от тяжелых металлов, а его биомасса может использоваться в качестве источника сырья для получения итаконовой и молочной кислот, а также полигидроксиалканоатов, как компонентов биоразлагаемых полимеров. Направление 4 Разрабатываемая технология термокаталитического окисления сточных вод коммунального хозяйства обладает высоким потенциалом для внедрения. В настоящий момент спрос на отечественные технологии, направленные на утилизацию осадков сточных вод, растет значительными темпами. В связи с этим, понимание закономерностей протекания процесса в промышленном реакторе дает значительное преимущество для совершенствования и тиражирования технологии. Поскольку технология не имеет прямых отечественных и зарубежных аналогов, а стоимость создания установок в разы ниже существующих зарубежных примеров, то ее внедрение также может обеспечить технологический суверенитет Российской Федерации в сфере утилизации осадков сточных вод.