ИСТИНА

Целью проекта является разработка эффективных нанесенных катализаторов, содержащих наночастицы оксидов неблагородных металлов, для дегидрирования пропана под действием диоксида углерода.

Utilization of CO2 by converting it into valuable products is one of the most urgent tasks of the modern chemical industry. One of the promising ways to utilize carbon dioxide is to use it as a mild oxidizer during the dehydrogenation of propane into propylene. Propylene is one of the most important raw materials for the production of valuable chemical products, such as polypropylene, acrolein, acetone, polyacrylonitrile, propylene oxide, etc. Selective dehydrogenation of propane into propylene is one of the main problems for the production of valuable and versatile chemical raw materials. The use of CO2 as a mild oxidizer in the propane dehydrogenation reaction makes it possible to obtain propylene with a higher yield, which is beneficial not only from an environmental point of view, but also for the chemical industry. Also, CO2 contributes to the constant regeneration of the active centers of the catalyst, which increases the service life of the catalyst. Creating active and stable catalysts for the reaction of propane dehydrogenation in the presence of CO2 is an urgent task in this area of catalysis. Therefore, this project is relevant from a practical point of view. The use of catalysts based on base metals can be highly effective and cost-effective in the field of dehydrogenation of alkanes into olefins, since transition metals such as chromium, Nickel, iron, cobalt, and others are able to catalyze the conversion of CO2. In the reaction of propane dehydrogenation in the presence of CO2, the highest catalytic activity is shown by the deposited chromium oxide catalysts. In this case, the activity of CrOx particles depends primarily on the type of carrier, the uniformity of application and the dispersion of chromium. The highest dispersion of CrOx particles is achieved on a carrier with a large specific surface area. Therefore, the actual task is to synthesize mesoporous molecular systems based on SiO2 with the possibility of varying texture characteristics. Also, this project is aimed at the synthesis and the study of chromium catalysts, in which chromium particles will be embedded in the carrier structure, which will increase the dispersion of CrOx particles. To obtain a more active chromium oxide-based catalyst for dehydrogenation of propane in the presence of CO2, a high dispersion of chromium oxide must be achieved. The goal of the project is to develop highly effective catalysts for dehydrogenating propane into propylene under the action of carbon dioxide by producing mesoporous molecular systems as a carrier and improving synthesis methods. An additional problem of dehydrogenation processes is the deactivation of the catalyst by sintering the catalyst and coking on the surface of the catalyst, since the aggregation of the catalyst and the deposition of coke increase at a higher reaction temperature and a lower partial pressure H2, respectively. Therefore, catalytic oxidative dehydrogenation of propane under the action of CO2 under supercritical conditions will be performed and a comparative study will be carried out with the process in the gas phase. Carrying out the reaction under supercritical conditions can significantly increase the performance of the catalyst and reduce the process of its deactivation by removing the compaction products with a denser supercritical medium.

За первый год работы будут усовершенствованы методики проведения окислительного дегидрирования пропана под действием СО2 в газовой фазе и в сверхкритических условиях. Будет исследовано влияние условий приготовления и подготовки катализаторов на их селективность и производительность в окислительном дегидрировании пропана в присутствии СО2. Будет освоена методика синтеза мезопористых молекулярных систем на основе SiO2 темплатным методом с использованием бромида цетилтриметиламмония и Pluronic 123. Предполагается разработать оптимальную методику получения хромовых нанокатализаторов для реакции дегидрирования пропана под действием СО2. Все полученные образцы катализаторов будут исследованы в реакции дегидрирования пропана в присутствии СО2 в газовой фазе. Будут показаны преимущества проведения каталитической реакции в сверхкритических условиях и выявлены основные отличия от проведения реакции в газовой фазе. Для установления взаимосвязи между строением частиц и каталитическими свойствами синтезированных катализаторов планируется провести систематический физико-химический анализ до и после проведения каталитических испытаний различными методами, такими как БЭТ, РФА, ДТА-ТГ, ИКСДР и УФ-ВИД спектроскопии, СЭМ и ПЭМ. Результаты работы за первый год выполнения проекта будут доложены на международной или российской конференции, а также будут подготовлены 2 статья для публикаций в изданиях, индексируемых в Web of Science Core Collection и/или Scopus.

Научный коллектив обладает опытом работы по синтезу новых носителей и катализаторов на их основе, а также исследованием каталитических систем в реакции дегидрирования пропана в присутствии СО2, результаты которого показали эффективность замены катализаторов на основе благородных металлов, на более дешевые катализаторы на основе хрома и галлия. Научным коллективом было проведено полномасштабное исследование реакции дегидрирования пропана с участием СО2 (ДП-СО2) в присутствии металлоксидных катализаторов. Изучено влияние природы носителя, концентрации активного компонента и добавок второго металла на активность Cr- и Ga-содержащих катализаторов. Разработаны эффективные катализаторы для реакции ОДП-СО2, 3-5%Cr/SiO2 и 7%Ga/SiO2, выход пропилена достигает 40%. Впервые, реакция ДП-СО2 проведена в сверхкритических условиях, что способствовала увеличению производительности катализатора по пропилену в 3 раза и в 5 раз по сумме олефинов, а время стабильной работы катализатора 3%Cr/SiO2 в реакции ДП-СО2 в сверхкритических условиях в 2-3 раза выше, чем в газовой фазе.