Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование методов получения катализаторов на основе диоксида титана, модифицированных наночастицами металлов группы платины, предназначенных для снижения токсичности отработавших газов в выхлопных системах автомобильного транспорта

Номер контракта: 14.624.21.0006

Руководитель: Немерюк Алексей Михайлович

Должность: научный сотрудник

Организация: федеральное государственное унитарное предприятие "Институт химических реактивов и особо чистых химических веществ Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
каталитические материалы, наночастицы, платиновые металлы, оксид титана, каталитическая очистка отработавших газов, газофазные реакции

Цель проекта:
Разработка каталитических наноматериалов на основе оксидных материалов, содержащих каталитически активные наночастицы металлов платиновой группы, для использования в эффективных каталитических системах очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС); Сокращение потребления драгоценных металлов группы платины (платина, палладий) при изготовлении каталитических систем снижения токсичностиотработавших газов ДВС при сохранении эффективности по сравнению с используемыми в настоящее время каталитическими системами очистки;

Основные планируемые результаты проекта:
Должен быть разработан отчет о ПНИЭР;
Должны быть изготовлены экспериментальные образцы оксидных материалов на основе оксидов титана и кремния как матриц для каталитически активных наночастиц металлов платиновой группы, а также экспериментальные образцы каталитических наноматериалов (катализаторов);
Должен быть создан экспериментальный стенд для проведения испытаний каталитических наноматериалов (катализаторов);
Должен быть разработан лабораторный регламент получения каталитических наноматериалов (катализаторов) на основе оксидов титана и кремния , содержащих наночастицы платины,
а также лабораторный регламент получения каталитических наноматериалов (катализаторов) на основе оксидов титана и кремния , содержащих наночастицы палладия;
Должен быть разработан проект ТЗ на проведение ОТР по теме: «Разработка технологического процесса получения каталитических наноматериалов (катализаторов)

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Должен быть разработан метод, позволяющий получать каталитически активные материалы на основе оксидных матриц, состоящих из диоксидов титана и кремния и содержащих наночастицы платиновых металлов, таких как палладий и платина, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками и при производстве которых расходуется меньшее количество драгоценных металлов по сравнению с традиционно применяемыми катализаторами.
Традиционно широко применяемые каталитические нейтрализаторы состоят из носителя на основе оксида алюминия, на который наносится каталитически активный материал, являющийся частицами металлов платиновой группы таких как платина, палладий и родий, а также специальные добавки, позволяющие каталитическому нейтрализатору эффективно работать при изменении состава газов, образующихся в ходе эксплуатации ДВС в различных режимах. Применение оксида титана в подобных системах в настоящее время в широких масштабах не практикуется, однако существует значительное число публикаций, посвященных разработкам каталитических систем на основе оксидов титана и циркония для применения в целях снижения экологического ущерба от эксплуатации транспортных средств, оборудованных ДВС, а так же в целях снижения расхода драгоценных металлов. Основная часть таких публикаций отражает работы научных коллективов США, Южной Кореи и Японии, являющихся технологическими лидерами в области производства ДВС и систем снижения экологического ущерба, связанного с эксплуатацией ДВС. Таким образом, работы в рамках ПНИЭР соответствуют современному уровню развития науки, характерному для стран, занимающих лидирующие позиции в сфере разрабатываемых технологических методов.
Основным путем достижения заявленных результатов является обобщение данных, полученных при анализе современной научной литературы и проведение многочисленных экспериментов, в ходе которых отрабатываются оптимальные пути получения каталитически активных материалов. Так, в ходе экспериментальных исследований определяются оптимальные параметры матрицы-носителя каталитически активных частиц, метод получения каталитически активных наночастиц металлов платиновой группы, метод образования прочных контактов между матрицей и каталитически активными металлическими частицами. Проводится химический анализ и исследование физических характеристик получаемых объектов. Предусмотрено создание экспериментального стенда, позволяющего определять каталитическую активность разрабатываемых материалов по отношению к газовым смесям, аналогичным по составу газам, образующимся в ходе эксплуатации ДВС.
Ограничения и риски связаны с форс-мажорными обстоятельствами, а также, в определенной степени, с колебанием рыночных цен на драгоценные металлы. Однако, учитывая меньшую потребность в платиноидах по сравнению с традиционно применяемыми катализаторами при создании каталитических материалов по разрабатываемому методу, последний фактор может иметь негативное влияние на реализацию проекта только в исключительных случаях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные в результате выполнения проекта методы создания каталитически активных материалов позволят изготавливать каталитические нейтрализаторы отработавших газов ДВС, обладающие такой же и более высокой эффективностью как и традиционно используемые, но с меньшими затратами драгоценных металлов - палладия, платины, а также обладающие сроком эксплуатации более длительным, чем у традиционно применяемых. Кроме того, разрабатываемые методы применимы при изготовлении каталитически активных материалов, применяемых для интенсификации газофазных реакций в технологических процессах, осуществляемых на предприятиях химической промышленности. Основным результатом практического применения материалов, получаемых с помощью разрабатываемых методов является снижение экологической нагрузки на окружающую среду, возникающей в ходе эксплуатации ДВС, а так же экономический эффект от снижения расхода драгоценных металлов при изготовлении каталитических нейтрализаторов. Снижение экологического ущерба имеет значительный непрямой экономический эффект, сказывающийся на увеличении продолжительности жизни населения, снижении заболеваемости и, соответственно, расходов, связанных с оказанием медицинской помощи, а так же с увеличением производительности труда. Снижение потребления драгоценных металлов ведет к повышению экономической эффективности производства каталитических нейтрализаторов отработавших газов ДВС.
Результаты работ в рамках ПНИЭР получены при тесном взаимодействии с отечественными и зарубежными коллективами исследователей, в том числе с образовательными учреждениями (университетами), представлены на конференциях и в виде публикаций в научных изданиях.

Текущие результаты проекта:
Разработан метод получения оксидных материалов на основе оксидов титана и кремния как матриц для каталитически активных наночастиц металлов платиновой группы;
Определены геометрические характеристики и состав наночастиц платиновых металлов, обладающих максимальной каталитической активностью по отношению к газофазным реакциям окисления и диспропорционированию монооксида углерода и оксидов азота;
Проведены химические и физико-химические исследования оксидных материалов на основе оксидов титана и кремния как матриц;
Проведены исследования процессов образования смешанных оксидных систем при взаимодействии органических эфиров ортокремниевой кислоты в условиях контролируемого гидролиза в неводных средах в присутствии диоксида титана;
Исследована термическая устойчивость оксидных систем на основе оксидов титана и кремния как матриц для каталитически активных наночастиц металлов платиновой группы;
Исследованы методы получения стойких в условиях эксплуатации контактов между наночатицами платиновых металлов и матрицами на основе оксидных систем;
Разработан метод получения катализатор на основе оксидов титана и кремния, как матриц для каталитически активных наночастиц металлов платиновой группы;
Подготовлены две заявки на охранный документ (патент).