Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Лаборатория СВЧ-активации каталитических процессов

Приглашенный ученый Салми Тапио Олави Финляндия
Номер договора
075-15-2021-591
Период реализации проекта
2021-2023
28
Количество специалистов
16
научных публикаций
5
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Катализ широко используется в экологически чистых и ресурсосберегающих технологиях, что приводит к повышению эффективности и глубины переработки углеводородного сырья. Свойства катализаторов определяются методом приготовления. Используемые методы не отвечают требованиям современных технологий вследствие низкой энергоэффективности приготовления, низкой активности, селективности и стабильности катализаторов.

Проект направлен на разработку энергоэффективных CВЧ-процессов синтеза разнообразных нанокатализаторов с нанесенными наночастицами металлов и оксидов и in-situ активации каталитических процессов, включая глубокую переработку углеводородного и возобновляемого сырья.

Название проекта: Применение СВЧ-излучения для синтеза катализаторов и in-situ активации каталитических процессов
Цели и задачи
Будут решены следующие задачи:

  • Разработка энергоэффективных, селективных экспресс-методов приготовления (разложение прекурсоров, мягкое восстановление, нетермические эффекты) гетерогенных катализаторов с нанесенными наночастицами металлов и оксидов с использованием СВЧ-излучения.

  • Сопоставление свойств и структуры нанокатализаторов, обработанных в СВЧ-полях, со свойствами материалов, прошедших термическую активацию.

  • Исследование структуры гетерогенных катализаторов физико-химическими методами.

  • Оценка активности обработанных различными методами катализаторов в широком круге процессов. 

Особый интерес представляют нетермические эффекты значительного увеличения температуры и усиления активности в реакциях гидрирования, которые обнаружены в условиях СВЧ-воздействия в присутствии водорода и объясняются диссоциативной адсорбцией водорода.

Практическое значение исследования

научные результаты

Разработаны селективные, высокопроизводительные и энергосберегающие методы приготовления (разложение прекурсоров, мягкое восстановление, нетермические эффекты) гетерогенных катализаторов с нанесенными наночастицами металлов и оксидов с использованием СВЧ-активации. Проведено сравнение свойств и структуры наноматериалов и катализаторов, обработанных в СВЧ-полях, со свойствами катализаторов, приготовленных традиционную термическую активацию. Установлено влияние методов физического воздействия (СВЧ-излучения) на структуру гетерогенных катализаторов с использованием методов физико-химического анализа (ИКС-ДР, РФЭС, XRD, СЭМ, ПЭМ, TПВ).

Исследованы катализаторы на основе неблагородных металлов (наночастиц, core-shell систем, декорированных частиц Fe, Cu, Ni, Co), содержащих минимальные количества благородных металлов (Pt, Pd, Au, Rh, Ir, Ru). СВЧ-активация использована для увеличения эффективности широкого круга процессов, включая гидрирование, раскрытие циклов полициклических соединений, дегидрирование, гидрирование СО2 с получением СО и других ценных продуктов, парциальное и полное окисление алканов.

На ряде примеров получения наночастиц продемонстрированы преимущества СВЧ-активированных катализаторов, а также преимущества СВЧ-активации каталитических процессов in-situ для широкого круга процессов в сравнении с термически активированными катализаторами и процессами.

Установлены нетермические эффекты значительного повышения активности процессов гидрирования, выявленных под действием СВЧ-излучения, в присутствии водорода, за счет диссоциативной адсорбции водорода.

Полученные результаты соответствуют мировому уровню, а некоторые из них превосходят этот уровень (использование эффекта спилловера водорода, нетермические эффекты СВЧ-активации в каталитических процессах с участием водорода, использование СВЧ-активации в ряде процессов, в которых эти эффекты никогда не были изучены – раскрытие циклов, конверсия СО2 в метанол).

- Внедрение результатов исследования

Разработаны эффективные и дешевые Zn-Cu-K-катализаторы конверсии СО2 в метанол, превосходящие известные в мировой литературе и практике системы по производительности (в 1,5-2 раза). В настоящее время проводятся пилотные испытания катализаторов с участием ПАО «Танеко» и проводится технико-экономическое обоснование технологии их производства и применения.

- Образование и переподготовка кадров

В ноябре 2021 г сотрудники лаборатории н.с., к.т.н., Соколовский Павел Викторович, и н.с.. к.х.н. Виканова Ксения Владимировна прошли месячные стажировки по основному месту работы Tapio Salmi (Abo Academi, Turku, Finland).

В феврале 2022 г сотрудник лаборатории Костюхин Егор Максимович защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата химических наук по теме «Микроволновой синтез наноразмерных частиц железосодержащих оксидов и их физико-химические и каталитические свойства». В марте 2022 г сотрудник лаборатории Тедеева Марина Евгеньевна защитила диссертацию на соискание ученой степени кандидата химических наук по теме «Дегидрирование пропана в присутствии СО2 на нанесенных металлоксидных катализаторах».

31 октября 2022 г в ИОХ РАН прошла однодневная школа-семинар «Применение СВЧ-излучения в химических процессах». С докладами выступили сотрудники лаборатории Кустов Л.М., Исаева В.И., Кучеров А.В., Финашина Е.Д., Шестеркина А.А., Макова А.С. https://zioc.ru/science/meropriyatiya/pub-30863830

сотрудничество

2021 г – переходящий контракт с фирмой Nova Chemicals (Канада). Разработаны эффективные и селективные катализаторы парциального окисления (окислительного дегидрирования) этана в этилен.

Договор с АО «РУССКИЙ АЛЮМИНИЙ менеджмент» («Русал»). Разработана технология обезвреживания ПАУ (полиароматических углеводородов, в том числе бенз(а)пиренов).

2022 г – договор с ПАО «Татнефть им. В.Д. Шашина» по теме «Разработка комбинированного процесса ароматизации бутана и гидрогенизации СО2 с получением метанола»,

- договор с ИК СО РАН по теме «Разработка и совершенствование аминных систем улавливания СО2 из технологических газов».

Скрыть Показать полностью
Anastasiya Shesterkina, Kseniia Vikanova, Egor Kostyukhin, Anna Strekalova, Elena Shuvalova, Gennady Kapustin, Tapio Salmi
Microwave Synthesis of Copper Phyllosilicates as Effective Catalysts for Hydrogenation of C≡C Bonds. Molecules 2022, 27, 988. https://doi.org/10.3390/molecules27030988. Q2
Evdokimenko, N.D.; Kapustin, G.I.; Tkachenko, O.P.; Kalmykov, K.B.; Kustov, A.L.
Zn Doping Effect on the Performance of Fe-Based Catalysts for the Hydrogenation of CO2 to Light Hydrocarbons. Molecules 2022, 27, 1065. https://doi.org/10.3390/molecules27031065. Q2
Saifutdinov, B.R.; Isaeva, V.I.; Chernyshev, V.V.; Vergun, V.V.; Kapustin, G.I.; Ivanova, Y.P.; Ilyin, M.M.; Tkachenko, O.P.; Buryak, A.K.; Kustov, L.M.
Understanding the Working Mechanism of the Novel HKUST-1@BPS Composite Materials as Stationary Phases for Liquid Chromatography. Polymers 2022, 14, 1373. https://doi.org/10.3390/polym14071373. Q1
Anna Strekalova, Anastasiya Shesterkina, Kustov, L.M.
Recent progress in hydrogenation of esters on heterogeneous bimetallic catalysts. Catal. Sci. Technol., 2021, 11, 7229-7238. Q2
Boris G. Ershov, Nadezhda M. Panich, Gennadii L. Bykov, Alexander L. Kustov, Vladimir G. Krasovskiy Leonid M. Kustov
Ozonation of Decalin as a Model Saturated Cyclic Molecule: A Spectroscopic Study. Molecules, 2021, 26, 5565 https://doi.org/10.3390/molecules26185565. Q2
Marina A. Tedeeva, Alexander L. Kustov, Petr V. Pribytkov, Gennady I. Kapustin, Alexander V. Leonov, Olga P. Tkachenko, Obid B. Tursunov, Nikolay D. Evdokimenko, Leonid M. Kustov
Dehydrogenation of propane in the presence of CO2 on GaOx/SiO2 catalyst:Influence of the texture characteristics of the support. Fuel, 2021, https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122698. Q1
Junkuo Gao, Vera Isaeva, Leonid Kustov
Bimetal-Organic Framework-Derived Nanotube@Cellulose Aerogels for peroxymonosulfate (PMS) activation, Carbohydrate Polymers, 296, 2022, 119969, Q1.
V. I. Isaeva, M. N.Timofeeva, I. A.Lukoyanov, E.Yu.Gerasimov, V.N. Panchenko, V.V.Chernyshev, L. M. Glukhov, L. M. Kustov
Novel MOF catalysts based on calix[4]arene for the synthesis of propylene carbonate from propylene oxide and CO2, Journal of CO2 Utilization, 66 (2022) 102262, 10.1016/j.jcou.2022.102262 Q1
Artem A. Medvedev, Daria A. Beldova, Konstantin B. Kalmykov, Alexey V. Kravtsov, Marina A. Tedeeva, Leonid M. Kustov, Sergey F. Dunaev, Alexander L. Kustov
Carbon Dioxide Assisted Conversion of Hydrolysis Lignin Catalyzed by Nickel Compounds, Energies 2022, 15, 6774. https://doi.org/10.3390/en15186774 Q2
Olga Lebedeva, Dmitry Kultin, Alexandre Zakharov, Leonid Кustov
Advances in application of ionic liquids: fabrication of surface nanoscale oxide structures by anodization of metals and alloys, Surfaces and Interfaces 34 (2022) 102345, https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102345 Q1
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Международная научно-исследовательская лаборатория «Невалентные взаимодействия в химии материалов»

Томский политехнический университет - (ТПУ)

Химия

Томск

Реснати Джузеппе

Италия

2021-2023

Лаборатория «Спиновая гиперполяризация»

Международный томографический центр СО РАН - (МТЦ СО РАН)

Химия

Новосибирск

Боденхаузен Джеффри

Франция, Нидерланды

2021-2023

Лаборатория «Химический дизайн бионаноматериалов»

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова - (МГУ)

Химия

Москва

Кабанов Александр Викторович

США, Россия

2010-2014