Разработка и исследование катализаторов на основе слоистых перовскитоподобных титанатов и ниобатов для эффективного преобразования биогаза в экологически чистые топлива: 2021 г. этап 2

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

Сведения о проекте

описание

ученая степень - к.х.н.,
должность - старший преподаватель,
область знаний - Химия, новые материалы и химические технологии,
мобильный телефон - +7(953)356-80-28,
e-mail: oleg.silyukov@spbu.ru
В результате сокращения запасов ископаемого топлива, высокого спроса на углеводороды и установления более жестких природоохранных норм для производства топлив, биогаз рассматривается как один наиболее перспективных возобновляемых источников энергии, поскольку он может использоваться не только в качестве топлива для транспортных средств, но и для выработки тепла и энергии. Биогаз может быть получен путем анаэробного сбраживания биоразлагаемых органических источников, таких как бытовые и промышленные отходы. Основными компонентами биогаза являются метан (⁓55–60%), диоксид углерода (⁓35–40%) и небольшие количества сероводорода (<0,8%), аммиака (<1 %), кислорода (<1%), азота (<1%) и оксида углерода (<1%). Использование биогаза как сырья для получения экологически чистых видов топлива является целесообразным не только с экологической, но и экономической точки зрения. Например, преобразование биогаза в метанол и синтез-газ (смесь Н2 и СО) может частично удовлетворить спрос на ископаемые виды топлива. Согласно исследованиям [1], несмотря на более низкую энергетическую плотность метанола (20,1 МДж/кг) по сравнению с бензином (44,3 МДж/кг), CH3OH обладает превосходной горючестью, а высокое октановое число метанола обеспечивает более высокую степень сжатия по сравнению с бензином, в результате сгорание топлива становится более эффективным, а выбросы парниковых газов уменьшаются. С экономической точки зрения, получаемые продукты могут быть использованы не только в качестве автомобильного топлива, но и являются важным сырьем в химической промышленности и используется в качестве сырья для получения формальдегида [2], диметилового эфира [3] и уксусной кислоты [4] и углеводородов. Ключевым фактором повышения селективности процесса конверсии биогаза в возобновляемое топливо и энергию является разработка стабильных и активных катализаторов.
Благодаря высокой термической и химической стабильности, возможности регулирования свойств и низкой стоимости оксиды со структурой перовскита ABO3 (A – катионы редкоземельных, щелочных и щелочноземельных элементов, B – катионы переходных d-металлов), рассматриваются как перспективные катализаторы для многих промышленных процессов. Одним из преимуществ структуры перовскита является возможность создания широкого спектра композиций путём частичного или полного замещения A и/или B другими катионами A' и/или B' одинаковых или разных валентностей, A1-xA'xB1-yB'yO3±δ, без разрушения структуры матрицы. Это позволяет регулировать стабильность структуры, электронную и/или ионную проводимость, окислительно-восстановительные свойства, создавая материалы с заданными свойствами. Еще одним преимуществом оксидов данного класса является возможность экфолиации (расщепления) протонированных форм оксидов на наноразмерные монослои со структурой перовскита, с возможностью дальнейшего использования полученных суспензий наночастиц для получения нанесенных оксидных катализаторов. Эксфолиация слоистых оксидов приводит к значительному (по сравнению с обычными катализаторами) увеличению площади активной поверхности и изменению каталитических характеристик полученных материалов.

описание для неспециалистов

Получены и охарактеризованы катализаторы на основе перовскиоподобных оксидов для эффективного преобразования биогаза в экологически чистые топлива. Изучен сосав, структура, моррфология и площадь поверхности, протестированы каталитические свойства в тестовых реакциях газофазного катализа.

основные результаты по этапу (кратко)

Была проведена разработка методик синтеза и получение катализаторов на основе слоистых перовскитоподобных оксидов
AB1-xBx’O3 (A=Gd; B,B’ = Fe, Cо; x=0-1), A2Ln2Ti3O10 (A=Na, K; Ln=La, Nd), AM2Nb3O10 (A= K, Cs; M=Ca, Sr), A2Ln2Ti3-xMIIxO10-&#948; и
AM2Nb3-xMIIxO10-&#948; (MII = Fe, Co, Mn) и K2.5Bi2.5Ti4O13. Проведена характеризация полученных соединений и исследование каталитических
свойств сложных оксидов AB1-xBx’O3 (A=Gd; B,B’ = Fe, Cо; x=0-1) в реакции конверсии биогаза. Была проведена разработка методики процессов расщепления на монослои слоистых перовскитоподобных
оксидов и методики характеризации и изучения каталитической активности полученных соединений в реакции конверсии биогаза и других каталитических процессах. Также проведена характеризация полученных соединений и исследование каталитических свойств сложных оксидов в реакции окисления дизельной сажи. Определен оптимальный состава катализаторов, характеризующейся высокой активностью и селективностью в исследуемом процессе.

описание вклада в работу каждого из участников (учётная форма ЦИТиС)

Силюков Олег Игоревич, доцент
Общее руководство, разработка методик синтеза и анализа, обработка результатов эксперимента и подготовка материала статей.

Яфарова Лилия Валериевна
Синтез и исследование катализаторов на основе оксидов AB1-xBx’O3 (A=Gd; B,B’= Fe, Cо; x=0-1). Участие в конференциях.

Курносенко Сергей Алексеевич
Синтез и исследование катализаторов на основе оксидов A2Ln2Ti3O10 (A=Na, K; Ln=La, Nd), AM2Nb3O10 (A= K, Cs; M=Ca, Sr). Участие в конференциях:

Минич Яна Андреевна
Синтез и исследование катализаторов на основе оксидов A2Ln2Ti3-xMIIxO10-&#948; и AM2Nb3-xMIIxO10-&#948; (MII = Fe, Co, Mn) и
K2.5Bi2.5Ti4O13. Участие в конференциях.

передача полной копии отчёта третьим лицам для некоммерческого использования: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

не разрешается

проверка отчёта на неправомерные заимствования во внешних источниках: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

разрешается

обоснование междисциплинарного подхода

работа выполнялась на стыке областей химии твердого тела и катализа
АкронимPresidentMK_2020 - 2
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания1/01/2131/12/21

Ключевые слова

  • Перовскитоподобные оксиды
  • наноматериалы
  • катализаторы
  • биогаз
  • синтез-газ
  • возобновляемые источники энергии
  • слоистые оксиды

Fingerprint

Просмотреть темы исследований, затронутые в этом проекте. Эти метки созданы на базе основных наград/грантов. Вместе они формируют уникальную картину активности.