Регистрация / Вход
Прислать материал

«Разработка новых методов эффективной и экологически безопасной утилизации токсичньш
техногенных хлорсодержащих отходов и катализаторов для их
осуществления»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0026
Руководитель работ
Лунин Валерий Васильевич
Продолжительность работ
2009 - 2011, 27 мес.
Бюджетные средства
13,5 млн
Внебюджетные средства
2,7 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 15.12.2009
На 1 этапе работы разработана и создана скрининг-группа M1/X1, M1/X2, M1-M1/X1, M1-M1/X2 новых нанокомпозитов на основе моно- и полиметаллических нанокластеров переходных металлов (IB, VII и VIII групп): M1 (M1=Cu, Ag, Au, Fe, Ni, Co, Pd, Pt) и биметаллические частицы Au-M1, Pd-M1 размером 3-100 нм, иммобилизованных на оксидные X1 (термически окисленный Si, Al2O3, SiO2) (в том числе модифицированные введением гетерополикислот) и углеродные X2 (сибунит, активированный уголь, ультрадисперсный алмаз (УДА)) носители, включающая также катализаторы на основе оксидов железа на различных типах SiO2). Содержание благородного металла и суммарное содержание переходных металлов на носителях не превышало 0,5 и 8%масс., соответственно. Катализаторы охарактеризованы с использованием широкого набора физико-химических методов. Каталитические свойства изучены в газофазном гидродехлорировании хлорбензола, жидкофазном гидродехлорировании ди-, три-, гексахлорбензолов и 2,4,8-трихлордибензофурана в условиях мультифазного катализа, реакций взаимодействия ССl4 с н-деканом (получение хлороформа и монохлордекана), октеном-1 (получение 1,1,1,3-тетрахлорнонана) и с метаном (получение перхорэтилена), а также алкилирования бензола аллилхлоридом.
В жидкофазном ГДХ полихлорированных молекул высокую активность проявляют катализаторы на носителе ультрадисперсный алмаз.
Выявлены наиболее перспективные в газофазном гидродехлорировании (ГДХ) хлорбензола при 150-2000C нанокомпозиты: Ni/сибунит (размер частиц до 10 нм, СNi=0.001-0.0026 %масс.) с активностью до 42 000 моль/моль(Ni)*ч, Pd/сибунит (размер частиц d до 4 нм, СPd=0.0004-0.001 %масс.) с активностью до 620 000 моль/моль(Pd)*ч и Pd/SiO2/Si (d< 6 нм, СPd=0.0002-0.0008%масс.) с активностью до 680 000 моль/моль(Pd)*ч, а также Ni/Al2O3 и Pd/Al2O3, приготовленные анионной адсорбцией, с содержанием металла менее 0,003%масс. с активностью в 1300 и 11200 моль/моль(Pd)*ч при 250 и 350°С, соответственно; катализатор 6%Ni0,015%Pd/Al2O3 с активностью 7757 моль/моль Ме *ч.
Селективность композитов Ni/сибунит, Pd/сибунит, Pd/SiO2/Si по бензолу и/или циклогексану выше 99%, стабильность сохраняется при испытаниях продолжительностью не менее 36 ч.
В процессах каталитической конверсии ССl4 оптимальны композиции на основе Ni или Cu, иммобилизованных на SiO2. В реакции CCl4 с н-деканом при 1500C активность Ni/SiO2 (размер частиц до 10 нм, Ni=0.01-0.26 вес.%) достигает 5*102 моль продукта/моль(Ni)*ч. В получении перхлорэтилена реакцией взаимодействия CCl4 и CH4 лучшими были катализаторы состава Cu/SiO2 (размер частиц Cu до 20 нм, Cu=0.5-2.0 вес.%), при 3000С они обеспечивали конверсию 94% и селективность 84% по тетрахлорэтилену.
Разработаны и включены в специальный практикум для студентов старших курсов в лаборатории катализа и газовой электрохимии 2 задачи. Издано учебно-методическое пособие «Сборник задач спецпрактикума по физической химии лаборатории катализа и газовой электрохимии». Подготовлено учебно-методическое пособие «Новый органический практикум с элементами зеленой химии» (интерактивное) и развернуто в бесплатном доступе в сети по адресу http://www.oc-praktikum.de/ru-entry. Обновлен сайт НОЦ по адресу www.greenchemistry.ru. По тематике проекта работают 8 студентов 2 - 5 курса Химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова и три аспиранта. Защищена 1 кандидатская диссертация по специальности «катализ». Студенты и молодые ученые приняли участие в российских и международных конференциях (9-й Европейский конгресс по катализу, Международная конференция «Механизмы каталитических реакций», Всероссийская конференция «Исследования в области переработки и утилизации техногенных образований и отходов», 17 Всероссийский симпозиум молодых ученых по химической кинетики (НОЦ организовал на этом мероприятии заседание, посвященное зеленой химии)).
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
Осуществлена разработка и оптимизация методов получения наноструктурированных систем, включающих моно- M1 (M1=Cu, Au, Fe, Ni, Co, Pd) и биметаллические частицы Au-M1, Pd-M1 размером 3-100 нм, нанесенные на неорганические носители (ZrO2, включая биоморфный, Al2O3, SiO2, C - Сибунит и ультрадисперсный алмаз (УДА)), причем оптимизацию проводили в рамках классических (осаждение, пропитка из раствора неорганических солей) и инновационных (лазерное электродиспергирование – ЛЭД, металло-паровой синтез – МПС и разложение-осаждение) способов синтеза катализаторов. Варьировали структурные особенности нанокомпозитов за счет изменения условий синтеза. Эффективность монометаллических нанокомпозитов на базе Au, Ni, Pd растет в ряду: ЛЭД > Анионная адсорбция > МПС > Пропитка. Выбраны оптимальные условия синтеза катализаторов каждой группы.
Получен биоморфный носитель ZrO2 на основе и со структурой опилок дерева. Создан новый метод приготовления никелевых и палладиевых катализаторов на таких носителях совместной пропиткой солями циркония и активного металла с последующим выжиганием темплата и восстановлением, приводящим к обогащению поверхности переходным металлом. Оптимизированы методы синтеза мезопористого ZrO2 на основе органических темплатов. ZrO2, приготовленный с использованием цетилтриметиламмонийбромида, проявил наилучшие каталитические свойства в гидродехлорировании хлорбензола из катализаторов этого типа. Биоморфные системы также обладают большим потенциалом для использования в катализе.
Изучены причины синергических эффектов и оптимизированы методы приготовления биметаллических катализаторов с применением лазерного электродиспергирования, металло-парового синтеза, анионной адсорбции и пропитки по влагоемкости. Установлено, что оптимальное соотношение металлов в биметаллических катализаторах составляет 1:1.
Проведена оптимизация каталитических систем, полученных лазерным электродиспергированием, по показателями степени заполнения поверхности, носителя, активного металла. Оптимальными являются загрузки 0.001-0.01 мас.%.
Оптимизированы условия приготовления медьсодержащих наноразмерных катализаторов взаимодействия четыреххлористого углерода с метаном или природным газом, обеспечивающих высокий выход перхлорэтилена. Разработаны новые оптимизированные методы иммобилизации на оксидных подложках металлокомплексных катализаторов, обеспечивающих получение полезных продуктов селективных жидкофазных реакций алифатических полихлорпроизводных с органическими донорами водорода (парафинами, олефинами, ароматическими углеводородами). Сформулирован общий подход к получению эффективных катализаторов этого типа, базирующийся на использовании линейных олигомеров с объемными алкильными или фенильными заместителями, включающими гетероатомы О или N, а также переходные металлы(Cu, Fe2+, Ni), закреплении их на поверхности носителя, содержащего гидроксильные группы, способные связываться с силанолами, так, чтобы содержание активного металла было минимальным, т.е. в количестве меньше монослоя (ряд активности Fe (II)>Cu>Ni>>Co>Mn). В реакции ССl4 с деканом (180оС) активность медьфенилсилоксана, содержащего 0,02 мас.% Cu, составляет 320, а активность ПМОС с 1,6 мас.% Cu – всего 2 моль/моль Cu×ч.
Результаты представлены на российских и международных конференциях.
Подготовлена и издана книга «Глобальные изменения климата» (перевод с итальянского). Обновлен сайт НОЦ по адресу www.greenchemistry.ru. По тематике проекта работают 16 студентов 1 - 5 курса Химического факультета МГУ и два аспиранта. Представлена к защите 1 докторская диссертация по специальности «кинетика и катализ». Студенты и молодые ученые приняли участие в российских и международных конференциях (2-й Российско-немецкий семинар по катализу Германия, и Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2010» ) (6 докладов). Защищены 2 дипломные и 3 курсовые работы.
Развернуть
3
01.07.2010 - 15.12.2010
Оптимизация режимов следующих
процессов с участием разработанных на
предыдущих этапах катализаторов:
-газофазного гидродехлорирования
полихлорбензолов с получением
бензола или хлорбензола;
-жидкофазного гидродехлорирования
полихлорбензолов с получением
бензола;
жидкофазных реакций
четыреххлористого углерода с
органическими донорами водорода,
позволяющих получать хлороформ и
монохлорированные углеводороды
(хлорпарафины или бензилхлорид);
- газофазного процесса переработки
четыреххлористого углерода в
перхлорэтилен путем взаимодействия с
природным газом.
Установление оптимальных
температурных интервалов проведения
реакций, предпочтительных давлений и
соотношений реагентов, дозировки
катализаторов и времена контакта.
Оценка целесообразность регенерации
катализаторов и отработатка методов ее
проведения.
Подготовка материалов для научных
конференций
Подготовка кадров высшей
квалификации, участие студентов в научных исследованиях и оформление
результатов (2), разработка учебно-
методических материалов по ИК-
спектроскопии и методам реализации
зеленых процессов. Поддержка
Интернет-сайта НОЦ.
За счет внебюджетных средств:
оптимизация газофазного процесса
переработки четыреххлористого
углерода в перхлорэтилен путем
взаимодействия с природным газом.
Развернуть
4
01.01.2011 - 30.06.2011
Наработка лабораторных партий
катализаторов перечисленных выше
процессов объемом не менее 100 см3 для
каждого катализатора.
Определение базовых физико-
химических характеристик
катализаторов.
Проведение укрупненных
лабораторных испытаний
разрабатываемых технологий с
переработкой не менее, чем ЮОг
компонентов техногенных отходов по
каждому типу процессов.
Подготовка программ пилотных и/или
стендовых испытаний.
Подготовка с участием молодых
участников проекта аналитического
обзора по методам переработки
полихлорорганических соединений
Подготовка кадров высшей
квалификации, участие студентов и
аспирантов в исследованиях с
включением результатов в отчеты,
разработка учебно-методических
материалов по методам исследования
наноразмерных объектов, подготовка
материалов для презентации работы на
молодежной студенческой
конференции.
За счет внебюджетных средств:
Подготовка программ пилотных и/или
стендовых испытаний.
Развернуть
5
01.07.2011 - 20.09.2011
 Подготовка итоговых публикаций
по проекту, подготовка отчета по
проекту, подведение итогов
деятельности в области организации
учебного процесса
Подготовка кадров высшей
квалификации, ревизия учебных
программ центра с введением
результатов выполненного проекта, разработка учебно-методических
материалов по методам
гидродехлорирования, поддержка
интернет-сайта НОЦ.
Определение прогнозируемых расходных
коэффициентов предлагаемых
технологических процессов по сырью
- Подготовка и публикация
отчета по проекту на Интернет-сайте
«www.greenchemistry.ru»
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований в области переработки и утилизации техногенных образований и отходов.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 7 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
9
Тема
Разработка основ безотходных технологий утилизации нефтесодержащих отходов.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 18 мес.
Бюджетные средства
48 млн
Количество заявок
18
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области технологий переработки и утилизации отходов металлургических и машиностроительных предприятий.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 18 мес.
Бюджетные средства
48 млн
Количество заявок
28
Тема
Научно-экспериментальное обоснование рациональной технологической схемы высокотемпературной безотходной и экологически чистой утилизации несортированных твердых бытовых отходов.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 13 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработка методов и выбор направлений утилизации фосфорсодержащих отходов с целью получения особо чистых продуктов.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 13 мес.
Бюджетные средства
7 млн
Количество заявок
1