Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка катализаторов, не содержащих благородных металлов, для синтеза ценных органических продуктов

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
катализ, гомогенный катализ, гетерогенный катализ, наноматериалы, наночастицы металлов, комплексы металлов, полимеры, нитрилы, кросс-сочетание, гидрирование, гидроаминирование

Цель проекта:
Разработка методологии синтеза катализаторов с пониженным содержанием благородных металлов или не содержащих благородных металлов, на основе моно- и биметаллических наночастиц Оценка каталитических свойств разработанных нанокатализаторов в реакциях гидрирования, гидроаминирования, кросс-сочетания и присоединения для синтеза ценных органических продуктов

Основные планируемые результаты проекта:
1. Будет разработана методология получения металлических наночастиц различных размеров и формы и разработанные методы будут применены для получения моно- и биметаллических наночастиц (Ni, Cu, Fe, Ag) определенных размеров и морфологии.
2. Будет проведено целенаправленное и регулируемое инкапсулирование наночастиц в специально выбранные и разработанные мезопористые матрицы и металл-органические каркасные структуры с контролем размера пор и методов инкапсулирования, предотвращающих потери активных компонентов в результате смыва (leaching).
3. Будет проведена детальная характеризация свободных и нанесенных наночастиц металлов методами электронной микроскопии (SEM, TEM, EDS-SEM), высокоинформативными спектральными методами (XPS, DRIFTS, XAFS, UV, плазмонный резонанс) с использованием характеристичных молекул-зондов (H2, CO, С2Н2, СD3CN, NO), адсорбционных методов, TПВ/TПД, XRD и др
4. Будут разработаны и протестированы в каталитических реакциях высокоэффективные, селективные и рециклизуемые нанокатализаторы для гидрирования двойных и тройных связей, включая нитрильные и нитросоединения, в том числе в полимерах, и реакций образования связей С-С (кросс-сочетание, гидроаминирование), в том числе процессов промышленного значения (гидрирование каучуков и полистирола).
5. Будет разработан высокоэффективный прототип промышленного катализатора гидрирования и процессов образования связей С-С, не содержащий благородных металлов или содержащий экстремально низкое количество критических металлов (менее 0.1%) и проведена его оценка в процессах гидрирования, гидроаминирования и кросс-сочетания.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным результатом исследования будет методология получения металлических наночастиц различных размеров и формы и разработанные методы будут применены для получения моно- и биметаллических наночастиц (Ni, Cu, Fe, Ag) определенных размеров и морфологии для процессов гидрирования двойных и тройных связей, включая нитрильные и нитросоединения, в том числе в полимерах, и реакций образования связей С-С (кросс-сочетание, гидроаминирование), в том числе процессов промышленного значения (гидрирование каучуков и полистирола).
2. Новизна связана с разработкой низкопроцентных наноразмерных катализаторов на основе неблагородных металлов (Fe, Ni, Co, Cu, Ag), которые, однако, могут быть промотированы малыми добавками (менее 0.1 вес %) благородных металлов (Pt, Pd, Au). Применение этих катализаторов позволит значительно снизить расходы на производство катализаторов и продуктов органического синтеза, получаемых с использованием разработанных катализаторов. Кроме того, отпадает задача рекуперации благородных металлов из дезактивированных катализаторов.
3. Ранее наноразмерные катализаторы на основе неблагородных металлов исследовались фрагментарно и для других реакций.
4. Для достижения результатов важны масштабные и согласованные исследования различных типов новых нанокатализаторов, в том числе наночастиц металлов (Ag, Au, Cu, Ni, Co, Fe) на усовершенствованных носителях совместными усилиями российских и японских ученых.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Область применения результатов - каталитические процессы гидрирования двойных и тройных связей, включая нитрильные и нитросоединения, в том числе в полимерах, и реакций образования связей С-С (кросс-сочетание, гидроаминирование), в том числе процессов промышленного значения (гидрирование каучуков и полистирола). .
2. По результатам оценки катализаторов с предельно низким или нулевым содержанием благородных металлов будут разработаны, запатентованы и предложены компаниям новые высокоэффективные, селективные и рециклизуемые наноразмерные катализаторы.
3. Разработанные методы получения наноразмерных катализаторов позволят снизить стоимость производства самих катализаторов и продуктов органического синтеза, получаемых с их использованием. По результатам проекта будут подготовлены коммерческие предложения для компаний, использующих или производящих наноразмерные катализаторы. Полученные патенты могут быть предложены в лицензию компаниям.
4. Полученные результаты послужат укреплению научного сотрудничества между российским и японским коллективами. Уже поданы 2 заявки на совместные проекты в рамочной программе "Горизонт-2020". Дальнейшие перспективы, выходящие за рамки проекта, связаны с разработкой высокопроизводительных катализаторов для близких процессов (гидродеоксигенирование растительных масел, гидрирование альдегидов и карбоновых кислот).

Текущие результаты проекта:
1. Проведено исследование синтезированных моно- и биметаллических нанокатализаторов спектральными методами.
2. Осуществлена оптимизация состава моно- и биметаллических нанокатализаторов для процессов гидрирования, гидроаминирования.
3. Выполнена оптимизация условий получения моно- и биметаллических нанокатализаторов для процессов гидрирования, гидроаминирования
4. Разработана методика получения оптимальных моно- и биметаллических нанокатализаторов для процессов гидрирования, гидроаминирования
5. Синтезированные моно- и биметаллические наноматериалы, обладающие оптимальными характеристиками, исследованы спектральными методами.
6. Проведена оптимизация состава моно- и биметаллических нанокатализаторов для процессов кросс-сочетания и присоединения по Михаэлю
7. Выполнена оптимизация условий получения моно- и биметаллических нанокатализаторов для процессов кросс-сочетания и присоединения
8. Разработаны методики получения оптимальных моно- и биметаллических нанокатализаторов для процессов кросс-сочетания и присоединения
Вышло 4 статьи, отправлены в печать еще 2 статьи, поданы заявки на 3 патента РФ