Разработка и исследование высокоэффективных катализаторов для получения синтетических моторных топлив.

Project

Description

В результате сокращения запасов нефти, высокого спроса на углеводороды и установления более жестких природоохранных норм для производства топлив, синтез Фишера-Тропша считается одним из наиболее перспективных способов получения экологически чистого топлива по экономически обоснованным ценам. Синтез Фишера-Тропша – это гетерогенный каталитический процесс, который позволяет получать большое разнообразие органических соединений, таких как: парафины, олефины, спирты и альдегиды, используя синтез-газ (СО и Н2), полученный из угля, биомассы, природного и сланцевого газа с помощью конверсии, частичного окисления или газификации. Ключевым элементом усовершенствования технологии Фишера-Тропша является разработка активных и стабильных катализаторов с высокой селективностью. Для синтеза Фишера-Тропша в промышленности используются катализаторы на основе железа и кобальта. По сравнению с Со-содержащими катализаторами Fe-содержащие катализаторы могут, использоваться в более широком температурном интервале, сохраняя каталитическую активность, однако, Fe-содержащие катализаторы подвержены быстрой дезактивации. В тоже время катализаторы на основе кобальта являются более предпочтительными из-за их высокой активности, селективности и устойчивости к дезактивации. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых высокоэффективных, селективных и стабильных катализаторов для процессов получения синтетических моторных топлив.
В ходе выполнения заявляемого проекта планируется решить следующие задачи: - Получение наноструктурированных катализаторов на основе сложных оксидов AB1-xBx’O3 (A=Gd; BB’ = Fe, Co, Mn; x=0-1) для процесса Фишера-Тропша;
- Определение фазового состава, структурных, окислительно-восстановительных свойств и морфологии поверхности полученных соединений;
- Исследование каталитических свойств полученных соединений в реакции Фишера-Тропша;
- Определение влияния состава реакционной смеси и условий проведения опытов на каталитические характеристики перовскитоподобных сложных оксидов;
- Выявление и теоретическое обоснование влияния на каталитическую активность, и селективность способа получения, структурных, окислитель-восстановительных свойств и морфологии поверхности катализаторов;
- Определение оптимального состава каталитической системы, характеризующейся высокой активностью и селективностью в исследуемом процессе.
Полученные результаты послужат основой для разработки новых катализаторов для получения синтетических моторных топлив.
Синтез наноструктурированных катализаторов состава: AB1-xBx’O3 (A=Gd; BB’ = Fe, Co, Mn; x=0-1) будет проведен золь-гель и гидротермальным методами. Данные методы позволяют получать однофазные целевые соединения с развитой поверхностью из коммерчески доступных реагентов.
Фазовый состав полученных соединений будет определен методами порошковой рентгеновской дифракции (РФА), на дифрактометре Rigaku Miniflex II. Исследование структурных особенностей, состояния железа, марганца и кобальта в катализаторах будет изучено методами спектроскопии диффузионного отражения (ЭСДО), рентгенофотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР-спектроскопии). Исследование окислительно-восстановительных свойств катализаторов со структурой перовскита и твердых растворов AB1-xBx’O3 (A=Gd; BB’ = Fe, Co, Mn; x=0-1) будет проведено методами температурно-программированного восстановления и окисления (ТПВ и ТПО), с использованием в качестве восстановителей водорода (ТПВ-Н2) и монооксида углерода (ТПВ-СО), а в качестве окислителя кислорода (ТПО-О2). Использование этих реагентов позволит оценить реакционную способность поверхности к реагентам в синтезе Фишера-Тропша. Исследования катализаторов методами ТПВ и ТПО будут проведены на хемосорбционных анализаторах Chemisorb 2750 и AutoChem 2950 (Micromeritics), сопряжённых с газовым масс-спектрометром UGA-300. Морфология частиц наноструктурированных катализаторов будет изучена методом сканирующей электронной микроскопии (Carl Zeiss EVO 40EP и Zeiss Supra 40VP), удельная площадь поверхности полученных катализаторов будет определена методом низкотемпературной адсорбции азота (на анализаторе Quadrasorb SI). Математическая обработка полученных экспериментальных данных, графическое представление и физико-химический анализ будут проводиться при помощи пакетов стандартных и оригинальных расчетных программ.
Изучение каталитической активности и селективности будет проводиться при атмосферном давлении с on-line хроматографическим и/или масс-спектрометрическим анализом продуктов.
Таким образом, комплексное исследование структурных, окислительно-восставновительных и морфологических свойств позволит выявить основные закономерности формирования активной поверхности катализаторов на основе оксидов AB1-xBx’O3 (A=Gd; BB’ = Fe, Co, Mn; x=0-1) и разработать подходы к созданию эффективных и селективных катализаторов для получения синтетических моторных топлив.
При выполнении работ по проекту будет активно задействовано оборудование научного парка СПбГУ. На данный момент все необходимое для выполнения проекта оборудование, а также все необходимые материалы и реактивы имеются в наличии.
AcronymStipPresident_2019
StatusActive
Effective start/end date3/07/1931/12/21