Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт проблем переработки углеводородов
Сибирского отделения Российской академии наук
(ИППУ СО РАН)

Лаборатория катализаторов органического синтеза (ЛКОС)


 

       Заведующая лабораторией:

       Бельская Ольга Борисовна

      кандидат химических наук 

      Контакты:
 
      Телефон: +7 (3812) 67 04 74
 
      Электронная почта: obelska@ihcp.ru

 

ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРИИ

1. Проведение научно-исследовательских, экспериментальных и опытно-конструкторских работ в области каталитических, термохимических и сорбционных процессов, применяемых в основном и тонком органическом синтезе и производстве широкого спектра функциональных материалов; синтеза, исследования и применения новых функциональных материалов, включая катализаторы и углеродные материалы, на основе синтетического, природного органического и минерального сырья.

2. Разработка научных основ приготовления катализаторов и сорбентов, в том числе носителей катализаторов, для каталитических, термохимических и сорбционных процессов.

3. Подготовка к внедрению в производство новых и усовершенствованных функциональных материалов широкого спектра, в том числе катализаторов и сорбционных материалов, технологических процессов с их использованием.

 

НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

- Разработка научных основ приготовления Pt, Pd, Ruи полиметаллических катализаторов на основе носителей различной природы (оксиды алюминия, смешанные оксиды различного состава, углеродные материалы различной структуры и морфологии) для процессов превращения углеводородов и органического синтеза.

- Получение и исследование углеродных материалов различной морфологии, в том числе с использованием резистивных катализаторов.

- Получение и исследование продуктов на основе сапропелей. Синтез адсорбционных материалов с регулируемыми характеристиками и получение продуктов термокаталитической переработки.

 
 
 
 
 
 
 
ИЛЛЮСТРАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЙ
 
    1) Исследовано влияние гидротермальной обработки γ-оксида алюминия на состояние функционального покрова его поверхности, процесс закрепления хлоридных комплексов платины (IV) и свойства формирующихся платиновых центров. Установлено, что гидротермальная обработка γ-Al2O3 приводит к увеличению доли низкочастотных мостиковых ОН-групп и концентрации ЛКЦ на поверхности оксида алюминия и изменению природы взаимодействия металлокомплекс-носитель. Хлоридные комплексы платины (IV) закрепляются на поверхности носителя преимущественно с образованием внешнесферных комплексов, которые характеризуются более низкой температурой восстановления. В результате происходит формирование частиц платины с низкой дисперсностью. Тестирование полученных катализаторов в реакции превращения н-гексана показало, что предварительная гидротермальная обработка носителя приводит к увеличению массовых отношений «арены/продукты изомеризации» и «бензол/метилциклопентан» в продуктах превращения н-гексана. Установленное влияние гидротермальной обработки носителя на формирование платиновых центров катализаторов Pt/Al2O3 может иметь существенное значение на тех этапах синтеза нанесенных систем, в которых осуществляется контакт твердой фазы с водой и водными растворами (пропитка, сушка). [Applied Catalysis A: General, 2014, Vol. 469, P. 472-482.]
 
 

      2) Исследовано формирование и каталитические свойства активных центров катализаторов Pd/C и Ru/C, в которых в качестве носителей были использованы углеродные нанотрубки (УНТ) и технический углерод (ТУ). Было показано, что природа углеродного носителя влияет на дисперсное состояние нанесенного металла и его каталитические свойства в жидкофазном гидрировании фурфурола. Катализатор 1.5 % Pd/ТУ продемонстрировал высокую селективность (99 %) образования фурфурилового спирта в ходе гидрирования фурфурола при температуре 50 оС и давлении водорода 0.5 МПа. Катализатор 1.5 % Pd/УНТ оказался неактивным в мягких условиях проведения реакции (50 оС, 0.5 МПа), но в более жестких условиях (90 оС, 0.5 или 2.0 МПа) проявил активность в восстановлении фуранового кольца, вследствие чего возрос выход тетрагидрофурфурилового спирта. Рутениевые катализаторы оказались малоактивными в аквафазном гидрировании фурфурола независимо от природы углеродного и условий реакции, по-видимому, из-за необратимой адсорбции воды на активных центрах. [Catalysis Today, 2015, Vol. 249, P. 145-152.]

 

      3)  Показано, что биметаллические катализаторы PdRu/C, приготовленные с использованием углеродных носителей различной природы, обладают существенно более высокой активностью в реакции жидкофазного гидрирования бензальдегида по сравнению с их монометаллическими аналогами. В случае систем на основе наноглобулярного углерода синергетический эффект проявляется в повышенной селективности образования бензилового спирта (86–90%) при полном превращении бензальдегида, тогда как катализаторы, приготовленные с использованием углеродных нанотрубок, проявили высокую активность в гидрогенолизе связей С–О, обусловившим повышенный выход толуола (до 56%). Синергетический эффект между палладием и рутением в изученной реакции может быть связан с изменением электронного и дисперсного состояния нанесенных металлов при образовании Pd-Ru сплава. С точки зрения электронного фактора возможный механизм промотирующего действия второго металла состоит в облегчении электрофильной активации связи C=O бензальдегида вследствие повышенной доли электронно-дефицитных форм палладия в биметаллических катализаторах. Природа углеродного носителя влияет на электронное состояние нанесенных металлов и, таким образом, на каталитические свойства биметаллических систем Pd-Ru/C. [CatalysisToday, 2017, Vol. 279, P. 2-9.]

 

      4) Выполнен синтез слоистых двойных гидроксидов (СДГ), содержащих катионы Al3+, Mg2+ и Zn2+ с соотношением Zn/(Mg+Zn)=0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 0.7, 1.0. Исследовано влияние доли цинка на фазовый состав СДГ, а также на структурные параметры, текстурные характеристики и кислотно-основные свойства соответствующих смешанных оксидов. На основе данного типа носителей были получены платиновые катализаторы некислотного типа Pt/Mg(Zn)AlOx. С использованием методов ТПВ, ПЭМ, РФЭС, EXAFS исследован процесс формирования частиц нанесенной платины, их состав, дисперсность и электронное состояние. Показана возможность образования биметаллических PtZn-частиц, строение которых и степень взаимодействия с носителем зависят от содержания цинка в составе носителя. Показано, что присутствие атомов цинка в окружении платины приводит к уменьшению размеров частиц активного металла и стабилизирует платину в активном металлическом состоянии, которое обеспечивает высокую активность катализатора в дегидрировании пропана при уровне селективности образования пропилена более 99%. [J. Catal. 2016. V. 341. P. 13–23]

       5) Исследован процесс закрепления анионных комплексов платины -хлоридных комплексов Pt(IV) и Pt(II) и карбонильных комплексов Pt(0) - на алюмомагниевых слоистых гидроксидах. Выявлены различия в механизме адсорбции комплексов на выбранном носителе. Закрепление октаэдрических комплексов [PtCl6]2- осуществляется преимущественно в межслоевом пространстве СДГ в составе хлоридных негидролизованных форм за счет сил электростатического взаимодействия между анионными комплексами и положительно заряженными алюмомагниевыми гидроксидными слоями. Закрепление плоско-квадратных комплексов [PtCl4]2-, как и октаэдрических комплексов [PtCl6]2-, происходит преимущественно в межслоевом пространстве СДГ, однако, возможна также координация комплексов с гидроксильными группами слоёв СДГ. На закрепление более лабильных комплексов [PtCl4]2- (по сравнению с комплексами Pt(IV)) в большей степени влияют оснóвные свойства поверхности. При использовании носителя с Mg/Al=4 одновременно с закреплением [PtCl4]2- в межслоевом пространстве происходит и закрепление гидролизованных форм хлоридных комплексов Pt(II) платины на поверхности носителей.

 

     6) Получены широкопористые углерод-минеральные материалы из сапропеля и показано, что различные типы химической обработки позволяют варьировать текстурные характеристики материала и кислотно-основные свойства его поверхности. Показано, что углерод-минеральные материалы на основе сапропеля являются перспективным и доступным носителем для катализаторов превращения крупных органических молекул, поскольку обеспечивают формирование высокодисперсного состояния нанесенного металла и его доступность для полициклических ароматических соединений.

 

       7) Исследованы условия каталитического образования углерода из углеродсодержащего газа при резистивном нагреве катализатора. Изучено влияние условий нагрева катализатора (постоянным и переменным токами), состава газовой среды, а также наложения внешних электромагнитных полей на выход, морфологию и структуру углеродных отложений.

 




Официальный сайт
Института проблем переработки углеводородов
Сибирского отделения Российской академии наук

Яндекс.Метрика