Регистрация / Вход
Прислать материал

Ионные жидкости как реакционные среды для получения новых поверхностных наноструктур в электрохимических процессах

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
ионные жидкости, электроосаждение, электрополирование, зеленая химия, наноструктуры, поверхность металлов, металлы, проводящие полимеры

Цель проекта:
Разработка методов электрохимического модифицирования, электроосаждения и полирования поверхностей металлов, получения проводящих полимеров, наноструктур различных размеров и формы (ячейки, нанотрубки) на поверхности металлов и приготовления наноразмерных катализаторов парциального окисления метана в синтез-газ. Получение проводящих полимеров бензола, тиофена, пиррола, имидазола, пиридина, и р. мономеров, наноструктур различных размеров и формы (ячейки, нанотрубки) на поверхности металлов (Ni, Cu, Fe, Ag, Ti, Zr, Au, Pt) , в частности, с использованием (1) СВЧ-активации для мягкого разложения прекурсоров и восстановления металлов, (2) ионных жидкостей для электрохимических процессов. Получение эффективных катализаторов парциального окисления метана в синтез-газ на металлических структурированных носителях.

Основные планируемые результаты проекта:
Будут разработаны методы электрохимического модифицирования, электроосаждения и полирования поверхностей металлов, получения проводящих полимеров, наноструктур различных размеров и формы (ячейки, нанотрубки) на поверхности металлов и приготовления наноразмерных катализаторов парциального окисления метана в синтез-газ.
Будут получены проводящие полимеры и наноструктуры различных размеров и формы (ячейки, нанотрубки) на поверхности металлов (Ni, Cu, Fe, Ag, Ti, Zr, Au, Pt) , в частности, с использованием (1) СВЧ-активации для мягкого разложения прекурсоров и восстановления металлов, (2) ионных жидкостей для электрохимических процессов.
Будут приготовлены проводящие полимеры на основе следующих мономеров: бензол, бифенил, нафталин, терфенил, анилин, имидазол, пиридин, пиррол, пирролидин, тиофен.
Будет проведена детальная характеризация наноматериалов на основе проводящих полимеров и модифицированных 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 DTA/TG.
Будут разработаны и протестированы в каталитической реакции парциального окисления метана в синтез-газ высокоэффективные, селективные и рециклизуемые нанокатализаторы на основе структурированных металлических носителей.
Будет разработан высокоэффективный прототип промышленного катализатора парциального окисления метана в синтез-газ, не содержащий благородных металлов или содержащий экстремально низкое количество критических металлов (менее 0.1%) и проведена его оценка для применения в процессе парциального окисления метана в синтез-газ.
По результатам работы будут подготовлены аналитический обзор, включающий не менее 30 источников, 7 статей в журналах из базы Web of Science, в том числе 4 статьи с итальянскими учеными, должно быть подано 3 заявки на патенты РФ. Должно быть проведено 3 симпозиума по теме проекта с участием не менее 40 молодых ученых и не менее 5 иностранных ученых.
Будут разработаны методики получения проводящих полимеров, полированных поверхностей металлов, наноразмерных катализаторов (3 методики) и методика проведения реакции парциального окисления метана в синтез-газ (1 методика).
Будут приготовлены 3 экспериментальных образца в качестве прототипов промышленных катализаторов для процесса парциального окисления метана в синтез-газ.
Будут проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 «Система разработки и постановки продукции на производство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения».
Будут подготовлены предложения и рекомендации по реализации результатов прикладных научных исследований.
Будут подготовлен Проект ТЗ на проведение ОТР и ОКР по разработке технологии парциального окисления метана в синтез-газ и демонстрационной установки
Будут разработаны технические условия на нанокатализатор процесса парциального окисления метана в синтез-газ

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным результатом исследования будет методология получения наноразмерных покрытий на металлических поверхностях и разработанные методы будут применены для получения образцов катализаторов. Разработанные катализаторы должны обеспечивать конверсию, селективность и выход целевого продукта, отличающиеся от показателей для традиционных катализаторов с благородными металлами при одинаковых условиях испытания и при одинаковых содержаниях металлов не более, чем на 15-20%. Разработанные катализаторы должны обеспечивать стабильную работу в течение 10 часов в непрерывном режиме испытания. Разрабатываемые наноматериалы должны обеспечивать возможность их легкой регенерации для восстановления активности.
2. Новизна связана с использованием ионных жидкостей в качестве электролитов для получения структурированных нанометариалов на основе неблагородных металлов (Fe, Ni, Cu, Ti), которые могут найти применение в качестве катализаторов конверсии метана в синтез-газ путем парциального окисления. Это позволит значительно снизить расходы на производство катализаторов синтез-газа, получаемого с использованием разработанных катализаторов.
3. Ранее наноразмерные катализаторы на основе структурированных неблагородных металлов исследовались фрагментарно и для других реакций.
4. Для достижения результатов важны масштабные и согласованные исследования различных типов ионных жидкостей и получаемых новых нанокатализаторов совместными усилиями российских и итальянских ученых.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Область применения результатов - каталитические процессы парциального окисления метана в синтез-газ, т.е. процессов промышленного значения.
2. По результатам оценки катализаторов с предельно низким содержанием благородных металлов будут разработаны, запатентованы и предложены компаниям новые высокоэффективные, селективные и рециклизуемые наноразмерные катализаторы получения синтез-газа на структурированных металлических носителях.
3. Разработанные методы получения наноразмерных структурированных катализаторов позволят снизить стоимость производства самих катализаторов и синтез-газа, получаемого с их использованием. По результатам проекта будут подготовлены коммерческие предложения для компаний, использующих или производящих наноразмерные катализаторы для конверсии природного газа. Полученные патенты могут быть предложены в лицензию компаниям.
4. Полученные результаты послужат укреплению научного сотрудничества между российским и итальянским коллективами. Уже подана заявка на совместный проект в рамочной программе "Горизонт-2020". Дальнейшие перспективы, выходящие за рамки проекта, связаны с разработкой высокопроизводительных катализаторов для близких процессов (гидрирование, очистка воздуха).

Текущие результаты проекта:
Разработана методика экспериментальных исследований модифицированных поверхностей
металлов. Синтезированы проводящие полимеры из гетероароматических соединений (тиофены и
алкилтиофены, пиридин, анилин). Исследован процесс электрополирования нержавеющей стали, Re, W. Разработана методика экспериментальных исследований наноструктур на поверхности металлов. Проведено электрополирование сплавов металлов. Исследованы процессы образования наноструктур (ячейки, нанотрубки, нанонити) на поверхности титана, никеля в ионных жидкостях. Исследованы процессы образования наноструктур
(ячейки, нанотрубки, нанонити) на поверхности циркония и тантала в ионных жидкостях. Приготовлены наноструктурированные носители для катализаторов конверсии метана.