Создание новых катализаторов на основе природных алюмосиликатов для гидрооблагораживания кислородсодержащих компонентов лигноцеллюлозной бионефти

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 25-79-00013

НазваниеСоздание новых катализаторов на основе природных алюмосиликатов для гидрооблагораживания кислородсодержащих компонентов лигноцеллюлозной бионефти

Руководитель Засыпалов Глеб Олегович, канд. хим. наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" , г Москва

Конкурс №110 - Конкурс 2025 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии

Ключевые слова Гидрооблагораживание, гидродеоксигенация, галлуазит, деалюминирование, упорядоченные мезопористые силикаты, бионефть, биотопливо

Код ГРНТИ31.15.28

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы создания новых активных и стабильных катализаторов гидрооблагораживания продуктов термодеструкции лигноцеллюлозной биомассы – бионефти. Высокая зависимость мировой экономики от ископаемых энергоресурсов вызывает большой интерес к комбинированному использованию традиционных и альтернативных источников энергии. Большое внимание в качестве альтернативных источников энергии вызывает лигноцеллюлозная биомасса, представляющая собой древесные отходы непищевых производств. Лигноцеллюлозная биомасса занимает четвертое место по величине среди источников энергии, уступая углю, нефти и газу, и является наиболее доступным возобновляемым источником углерода в мире. Лигноцеллюлозная биомасса, является одним из перспективных видов биосырья, поскольку при ее переработке поддерживается нулевой баланс диоксида углерода в атмосфере и появляется возможность получать топливо с нулевым содержанием сернистых соединений. Существенным недостатком лигноцеллюлозной бионефти, полученной из биомассы, является высокое содержание кислородсодержащих соединений, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства получаемых топлив. Удаление кислорода (гидродеоксигенация) позволяет улучшить теплотворную способность, термическую и химическую стабильность, снизить коррозионную активность продуктов гидрооблагораживания бионефти. Кроме того, практически полное отсутствие каталитических ядов (азота и серы) в бионефти, полученной из лигноцеллюлозной биомассы, позволяет использовать высокоактивные катализаторы на основе благородных металлов в процессе гидрооблагораживания такого сырья. Таким образом, актуальность проекта определяется тем, что разработка новых эффективных катализаторов гидрооблагораживания лигноцеллюлозной бионефти открывает возможность получения из возобновляемого сырья экологически чистых компонентов моторных топлив и ценные продукты нефтехимии. Научная новизна проекта заключается в применении природных алюмосиликатных нанотрубок галлуазита для создания катализаторов гидрооблагораживания на их основе, изучении маршрутов протекаемых реакций в зависимости от условий проведения процесса, а также определении корреляции «состав-структура-свойства». Галлуазит – природный минерал, образованный за счет свертки пластин каолина в полые нанотрубки. Алюмосиликатные нанотрубки галлуазита обладают рядом уникальных свойств, таких как разноименно заряженные внутренняя (-Al-OH) и внешняя (-O-Si-O-) поверхности, мезоразмерная внутренняя полость (10-30 нм), сравнительно высокая удельная площадь поверхности (60-100 м2/г), высокая химическая и термическая стабильность, умеренная кислотность (0,1-0,2 ммоль/г) и механическая прочность. Уникальная структура галлуазита позволяет направленно модифицировать его внешнюю или внутреннюю поверхности для придания необходимых свойств (кислотность, текстурные свойства) катализаторам на его основе. Кроме того, последние мировые исследования подтверждают, что галлуазит можно использовать для синтеза микро-мезопористых цеолитов и композитных материалов с увеличенной прочностью, термической устойчивостью, высокой удельной площадью поверхности и бимодальным распределением пор по размерам. Алюмосиликатные нанотрубки и композитные материалы на их основе будут использованы в качестве носителей активной фазы катализаторов гидродеоксигенации модельных компонентов лигноцеллюлозной бионефти. Полученные фундаментальные знания могут лечь в основу новых технологий приготовления катализаторов гидрооблагораживания возобновляемых источников углеродсодержащего сырья.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будут синтезированы новые активные и стабильные катализаторы гидрооблагораживания лигноцеллюлозной бионефти для получения компонентов моторных топлив и ценных нефтехимических продуктов. Будут установлены зависимости активности и стабильности новых катализаторов, синтезированных с использованием композитных материалов на основе природных алюмосиликатных нанотрубок галлуазита, в гидродеоксигенации компонентов лигноцеллюлозной бионефти от кислотных, структурных и текстурных свойств носителя. На основе полученных экспериментальных данных будут установлены закономерности превращения модельного лигноцеллюлозного сырья и маршруты протекающих реакций в зависимости от параметров процесса (температура, давление, мольное соотношение субстрат/металл). Будет изучено влияние условий синтеза носителей и катализаторов на их структуру и активность в указанном процессе. Предполагается, что полученные результаты будут соответствовать современному мировому уровню исследований в области переработки возобновляемого углеродсодержащего сырья. Анализ данных показал, что в научно-технической литературе очень мало работ по систематическому изучению природных алюмосиликатов в качестве компонентов катализаторов гидрооблагораживании бионефти, что свидетельствует о формировании новой научной тематики, которая с высокой вероятностью может лечь в основу нового научного направления. Такой подход позволит достичь приоритетных целей в рамках Энергетической стратегии РФ на период до 2035 г., утвержденной распоряжением Правительства РФ от 9 июня 2020 г. N 1523-р ред. от 21.10.2024 (в частности, переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, рациональное природопользование и энергетическая эффективность). При выполнении проекта предполагается ежегодное участие руководителя и членов научного коллектива во всероссийских и международных научных конференциях по теме исследования. Полученные в ходе выполнения проекта результаты планируется опубликовать в переводных версиях отечественных и зарубежных высокорейтинговых журналов.