Регистрация / Вход
Прислать материал

Влияние наноразмерных эффектов на каталитические свойства нанесенных катализаторов.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.2004
Продолжительность работ
2005 - 2006, 18 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Создание технологии управления активностью нанесенных катализаторов, включая катализаторы, содержащие драгметаллы, путем формирования активного компонента в виде нанокластеров заданного размера, установление зависимостей между размерами нанокластеров и активностью (стабильностью) катализаторов, разработка методов повышения стабильности при воздействии каталитических ядов.

Этапы проекта

1
12.04.2005 - 30.06.2005
1.1 Анализ научно-технической литературы по влиянию наноразмерных эффектов на каталитические свойства нанесенных катализаторов.
1.2 Проведение патентных исследований по ГОСТ Р 15.011-96.
1.3 Выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач.
1.4 Сопоставление ожидаемых каталитических свойств нанесенных катализаторов, содержащих наноразмерные частицы Pt, Rh, Pd, Ir, Ru, Ag, Cu, Co, Ni, и существующих промышленных катализаторов, использующихся в процессах глубокого и парциального окисления.
1.5 Разработка методики проведения исследований.
1.6 Составление и оформление промежуточного научно-технического отчета
Развернуть
2
01.07.2005 - 09.12.2005
В процессе работы был проведен поиск научно-технической и патентной литературы по теме работы за последние тридцать лет, сделан ее обзор и проведен анализ представленных в ней данных по влиянию размеров частиц активного компонента катализаторов на скорость реакций глубокого и парциально окисления СО и углеводородов, а также синтеза Фишера-Тропша, Рассмотрены методы, позволяющие регулировать дисперсность частиц активного компонента, их термическую устойчивость и стабильность к воздействию ядов. На основе проведенного анализа сделан выбор и обоснование направления исследования, проведена разработка методик исследования, сопоставлены ожидаемые каталитические свойства нанесенных катализаторов, содержащих наноразмерные частицы Pt, Rh, lr, Ru, Ag, Cu, Co, Ni, и существующих промышленных катализаторов.Разработаны методы приготовления сложных оксидных носителей на основе А1-Се-О (А1-7г-Се-0)-соединений и стабилизации дефектных состояний на поверхности оксида алюминия. Разработаны методы синтеза катализаторов с наноразмерными моно- и биметаллическими частицами соединений на оксидных носителях. Наработаны опытные образцы катализаторов. Проведено охарактеризование полученных катализаторов методами РФА, РФЭС, ПЭМ, РЭМ, ИКС, EXAFS и УФ-ВИД ЭС-ДО спектроскопии.
Развернуть
3
01.01.2006 - 30.06.2006
I направление. Разработаны методики синтеза Pt и Pd катализаторов, закрепленных на стандартном или модифицированном оксиде алюминия, содержащих, соответственно, монодисперсные и почти однородные нанокластеры активного компонента с регулируемыми размерами (от 0.6 до 22 нм, для Pt и от 2 до 5 нм для Pd).
II направление. Впервые удалось стабилизировать небольшие кластеры с размером менее 1 нм в приповерхностных слоях стекловолокнистых материалов при отсутствии крупных агломератов на внешней поверхности стеклоткани. Полученные кластеры устойчивы в присутствии паров воды, а также не чувствительны к каталитическим ядам, что открывает широкие возможности для их использование в процессах окисления углеводородов. Показано, что данные катализаторы активны в реакциях окисления CO при температурах выше 2400С и глубокого окисления пропана при температурах выше 3000С.
III направление. Выявлена каталитическая система (2%Pd8%CeO2/Al2O3), полученная по методике гомогенного соосаждения, обеспечивающая высокую термостабильность и активность в реакции глубокого окисления СО.
IV направление. Разработана методика испытания биметаллических катализаторов в реакции синтеза Фишера-Тропша, позволяющая определять активность и детальный состав продуктов реакции в широкой области температур и расходов реакционной смеси.
Развернуть
4
01.07.2006 - 31.10.2006
Проведенное исследование показало принципиальную возможность формирования монодисперсных моно-, биметаллических или металлоксидных частиц на поверхности катализатора через
• формирование нанокластеров металла заданного размера в растворах с последующим их нанесением на поверхность носителя,
• изменение природы носителя или
• модифицирование поверхностных центров носителя.
Этими методами синтеза удалось осуществить приготовление образцов катализаторов с моноразмерными частицами активного компонента, размер которых можно варьировать от 0.6 до 22 нм (для платиновых катализаторов) и от 1,5-5 нм (для палладиевых) (см.рис.1). Разработанные приемы регулирования размера частиц активного металла в нанообласти являются уникальными и не имеют аналогов в мире.
Именно синтез моноразмерных частиц позволил выявить ярковыраженную корреляцию между активностью катализаторов в реакции полного окисления метана и размером частиц активного компонента, что было невозможно ранее, поскольку подобные исследования в мире проводились на объектах с полидисперсным распределением частиц по размерам. Максимальная удельная активность наблюдается для высокодисперсных катализаторов в области 2 нм (см. рис.2).
Особенности наногеометрии, а также высокая удельная поверхность наносистем открывают новые возможности для создания высокоизбирательных и активных катализаторов. Оптимизируя химическое состояние и размер частиц активного компонента, характер взаимодействия с поверхностью носителя можно, как было показано в рамках проекта, изменить активность на несколько порядков, одновременно сведя к минимуму содержание в нем благородного металла. Полученный результат оказался существенно выше, чем было заявлено в техническом задании (4-6 раз). Приготовленные катализаторы, к тому же, отличаются высокой термостабильностью.
Закрепление приоритетных позиций в мировой науке и, что более важно, практике в этой области приготовления катализаторов требует проведения дальнейших работ по отработке технологии производства катализаторов и ее масштабированию, что может быть реализовано в рамках проекта прикладных исследований или опытно-конструкторских работ.
В целом, полученные результаты имеют практическое значение для обеспечения различных процессов, где применяются катализаторы, содержащие в качестве активного компонента драгметаллы. Объем их производства в России в стоимостном выражении может составить не менее 1 млрд. руб. в год. Учитывая, что основная доля в стоимости таких катализаторов формируется за счет стоимости благородного металла, то снижение его содержания даже в 4-5 раз значительно снизит цену катализатора, при этом экономия может составить 500-800 млн. руб. в год.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Тема
Влияние наноразмерных эффектов на каталитические свойства нанесенных катализаторов
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
10
Тема
«Разработка метода получения наноразмерной модификации диоксида титана с уникальным сочетанием структурных и поверхностных свойств для создания нового класса высокоэффективных сорбентов и катализаторов».
Продолжительность работ
2011 - 2012, 19 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка металлокомплексных наноразмерных гомогенных катализаторов для тонкого органического синтеза
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка нового высококислотного наноструктурированного катализатора для гетерогенного каталитического нитрования бензола с участием научных организаций Республики Беларусь.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 12 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Количество заявок
2
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований по разработке методов создания катализаторов и каталитических устройств для процессов каталитического окисления
Продолжительность работ
2011 - 2012, 21 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
19