ИСТИНА

Проект направлен на решение ключевой проблемы переработки непищевых растительных отходов – разработки эффективных катализаторов и технологий получения топлив и химических мономеров с высокой добавленной стоимостью, отвечающих концепциям зеленой химии и устойчивого развития.

In Russia, more than 70 million m3 of wood and plant waste based on biomass is generated annually, which practically do not undergo further processing. In addition, the conversion of lignocellulosic biomass, the largest renewable source of carbon, into processing to obtain valuable chemical compounds is an important factor on the way to achieving carbon neutrality. One of the traditional approaches to processing is based on the acid-catalyzed process of hydrolysis/dehydration of raw materials containing polysaccharides, with the formation of furan derivatives (furfural, 5-hydroxymethylfurfural, etc.). These molecules are called platform compounds, since during their recycling it is possible to obtain a wide range of compounds valuable for petrochemistry, such as furans, tetrahydrofurans, cyclopentanones, furfuryl and tetrahydrofurfuryl alcohols, n-alkanes, polyhydric alcohols, γ-valerolactone, etc. They are used in polymer, pharmaceutical, fuel, agrochemical and other industries. However, their synthesis requires harsh conditions, a multistage approach, and expensive hardware. Due to the high reactivity of raw materials, the processes of its processing are characterized by low selectivity and low yields of target products. To increase the degree of processing of bio-raw materials and obtain high-quality products, innovative technologies are needed based on comprehensive research and the creation of new catalytic systems developed taking into account the characteristics of the composition of bio-raw materials and the processes occurring during its processing. The goal of this project is to develop approaches to the synthesis of new hybrid hierarchical supports—composites based on structured inorganic oxides and mesoporous carbon nanospheres—and catalysts based on them containing transition metal nanoparticles. Their catalytic properties will be studied in reactions of selective hydrogenation of products of primary processing of biomass polysaccharides (furfural, 5-hydroxymethylfurfural, levulinic acid, glucose, etc.). The implementation of the project will create a scientific basis for the development of a process for obtaining valuable chemical compounds and biofuel components from primary processing products of natural raw materials containing polysaccharides using promising, environmentally friendly catalysts.

1) Будут предложены методы получения и исследованы закономерности формирования катализаторов, содержащих наночастицы переходных металлов, на основе мезопористых наносферических резорцинформальдегидных полимеров и мезопористых оксидов (цирконо-/алюмосиликатов). 2) С учетом полученных в предыдущем пункте данных будут разработаны подходы к синтезу новых гибридных иерархических материалов – композитов, содержащих наносферические углеродные и мезопористые цирконо-/алюмосиликатные структурные единицы, и катализаторов на их основе, содержащих наночастицы переходных металлов. Будут установлены физико-химические характеристики новых гибридных носителей и катализаторов на их основе (поверхностные характеристики, структура, кислотность, локализация и размер частиц активной фазы и т.д.) 3) Будет проведено систематическое исследование особенностей гидрирования продуктов первичной переработки полисахаридов биомассы (фурфурола, 5-гидроксиметилфурфурола и др.) с использованием разработанных катализаторов при варьировании параметров проведения процесса (температуры, давления, времени, состава реакционной среды, вида сырья) и состава катализаторов (состав активной фазы и носителя), изучено их влияние на селективность и выходы продуктов. В результате выполнения проекта будут определены рабочие условия и проведена оптимизация состава катализаторов для направленного получения как компонентов биотоплив (фуранов, тетрагидрофуранов и др.), так и других сопутствующих ценных для нефтехимии продуктов. Полученные данные будут использованы для разработки подходов к гидропереработке более сложного сырья – смесей фурфуролов, а также сахаридов биомассы. Результаты выполнения проекта будут опубликованы в виде серии статей в журналах, индексируемых в системах цитирования Web of Science и Scopus. Полученные фундаментальные знания по созданию, оптимизации и применению новых гибридных катализаторов станут дополнением научных основ одной из важнейших задач рационального природопользования – создания интегрированных, экономически и экологически привлекательных технологий для вовлечения во вторичную переработку органических отходов производств с целью получения ценных химических соединений и компонентов топлив, и могут быть использованы в других областях химической науки и технологии.

Разработаны катализаторы гидрирования на основе наночастиц благородных металлов (Pd, Pt, Ru, Rh) и упорядоченных мезопористых полимеров, модифицированных различными функциональными группами: дендримерами, сульфогруппами, фосфинами. На основе носителя нового типа – наносферических мезопористых полимеров с высокой удельной площадью поверхности ( ≈ 300 м2/г) и заданным размером сферических частиц (150-300 нм) были синтезированы рутениевые и палладиевые катализаторы для гидродеоксигенации компонента бионефти – гваякола. Изучено влияние добавок различной природы на глубину деоксигенации. Начата разработка каталитических систем для процесса гидрооблагораживания возобновляемого сырья растительного происхождения с целью создания технологии повышения его качества для частичной замены нефти и получения высококачественных топлив и ценных химических продуктов. Проведены систематические исследования по гидродеоксигенации компонентов бионефти различной природы в присутствии гетерогенных катализаторов, содержащих благородные металлы и мезопористые материалы. Разработаны каталитические системы, содержащие наночастицы благородных металлов (платины, палладия, рутения и т.д.), нанесенные на структурированные носители на основе алюмо-, цирконо- и титаносиликатов. Заложены основы для систематического исследования влияния природы металла, природы и текстуры носителя, а также кислотных свойств поверхности катализатора и природы растворителя (углеводороды, вода, спирты) на превращение нескольких наиболее распространенных компонентов бионефти – фенолов различного строения и их смесей. Начаты исследования по гидрированию фурфурола на катализаторах, содержащих рутений и мезопористый алюмосиликат. Изучены катализаторы и условия процесса, позволяющие осуществлять не только полную конверсию модельных компонентов бионефти, но и добиваться высоких выходов востребованных продуктов углеводородной природы.