КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-23-00653

НазваниеРазработка метода модификации поверхности катализаторов на полимерной основе для получения жидкого топлива из синтез-газа

РуководительМаркова Мария Евгеньевна,

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет", Тверская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые словагетерогенные катализаторы, модификация катализаторов, катализ, жидкие топлива, синтез Фишера-Тропша, синтез-газ

Код ГРНТИ31.15.28

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Растущий интерес к новым технологиям производства топлив объясняется сокращением нефтяных ресурсов, колебаниями цен на нефть. Современные процессы GTL и CTL – это двух- или трехстадийные технологии, использующие каталитические реакции, под общим названием «процесс Фишера-Тропша». Целью этого процесса является производство синтетических углеводородов из альтернативного нефти сырья. В настоящее время основной проблемой процессов получения синтетических углеводородов является быстрая дезактивация катализаторов за счет процессов коксообразования, а также проблема их регенерации. Для решения указанных проблем в данном проекте планируется создание высокоэффективных полифункциональных катализаторов с использованием новых подходов к их синтезу, а также модифицированных носителей. Комплексное физико-химическое исследование как самих синтезированных катализаторов, так и их каталитической активности и стабильности в процессах синтеза Фишера-Тропша позволит создать детальную базу данных по модификации полимерных высокопористых носителей и разработать математические модели процессов в присутствии катализаторов на их основе. Решение задач подобного масштаба будет проведено впервые при выполнении данного проекта

Ожидаемые результаты
В результате выполнения работ будут получены: 1) Новая методика модификации поверхности сверхсшитых полимеров для синтеза новых микро-мезопористых полифункциональных катализаторов. 2) данные по формированию структуры, текстурных характеристик и активных центров полифункциональных наноразмерных катализаторов синтеза Фишера-Тропша, обладающих высокой активностью и устойчивостью к дезактивации; 3) кинетические данные процесса синтеза Фишера-Тропша в различных режимах в присутствии синтезированных катализаторов; 5) данные о стабильности работы синтезированных катализаторов; данные по процессам дезактивации и регенерации катализаторов; 6) база экспериментальных и литературных данных для разработки математических моделей; 7) математическая модель, наиболее полно описывающая процесс синтеза жидких углеводородов из синтез-газа. Всестороннее исследование позволит получить результаты, соответствующие мировому уровню и имеющие высокую научно-практическую значимость в усовершенствовании технологий получения синтетических углеводородов из возобновляемого сырья и отходов.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В первый год работ по проекту проведен аналитический обзор методов модификации поверхности каталитических систем. На основании обзора найдено, что оксид кремния является наиболее часто используемым структурным промотором для катализаторов на основе железа. Было проведено исследование по подбору модификатора и условий модификации сверхсшитого полистирола оксидом кремния с целью придания ему кислотных свойств. Для образования кремнийсодержащей фазы, характеризующейся высокой кислотностью, сверхсшитый полистирол обрабатывали растворами силиката натрия, тетраэтоксисилана (ТЭОС) и 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС). Модификация проводилась методом пропитки и методом осаждения в субкритической воде. Самым эффективным методом количественного введения кремнийсодержащей фазы оказалось гидролитическое осаждение АПТЭС в субкритической воде. Во всех образцах кремний представлен в виде SiO2. При этом свежесинтезированные образцы содержат аморфную кремнийсодержащую фазу, тогда как нагрев образца ведет к формированию кристаллической фазы SiO2. При нанесении модификаторов методом пропитки наблюдается значительное снижение площади поверхности образца полимера и объема пор. При этом в большей степени снижается поверхность микропор. Нанесение модификатора на поверхность полимера в среде субкритической воды так же приводит к снижению общей площади поверхности и площади поверхности микропор, но в меньшей степени, чем при использовании метода пропитки. Было проведено изучение стабильности модифицированного носителя к вымыванию модификатора в условиях жидкофазного синтеза Фишера-Тропша. Наименьшей устойчивостью к вымыванию обладали образцы, синтезированные с использованием силиката натрия в качестве модификатора. Для образцов, синтезированных с использованием ТЭОС и АПТЭС, наблюдается большая устойчивость кремнийсодержащей фазы к вымыванию. Для образца, синтезированного при использовании АПТЭС в субкритической воде вымывания кремнийсодержащей фазы в течение 10 циклов не наблюдалось. При тестировании катализаторов нанесенных на модифицированный оксидом кремния сверхсшитый полистирол было найдено, что при добавлении оксида кремния в каталитические системы наблюдается снижение содержания низкомолекулярных продуктов С2-С4, а также, циклических и ароматических соединений. Для всех образцов увеличился выход метана, а также кислородсодержащих продуктов. По результатам исследований опубликовано 2 статьи. Результаты исследований представлены на 6 международных и всероссийских конференциях.

 

Публикации

1. М.Е. Маркова, Н.В. Лакина, А.А. Степачёва ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ ЖИДКОФАЗНОГО СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия», №4(54), с 86-93 (год публикации - 2023)

2. М.Е. Маркова, С.Д. Емельянова, М.Г. Сульман ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЦЕСС ЖИДКОФАЗНОГО СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия», №4(54), с 93-100 (год публикации - 2023)