Лаборатория СВЧ-активации каталитических процессов

Научные результаты:

• Разработаны селективные, высокопроизводительные и энергосберегающие методы приготовления (разложение прекурсоров, мягкое восстановление, нетермические эффекты) гетерогенных катализаторов с нанесенными наночастицами металлов и оксидов с использованием СВЧ-активации. Проведено сравнение свойств и структуры наноматериалов и катализаторов, обработанных в СВЧ-полях, со свойствами катализаторов, прошедших традиционную термическую активацию. Установлено влияние методов физического воздействия (СВЧ-излучения) на структуру гетерогенных катализаторов с использованием методов физико-химического анализа (ИКС-ДР, РФЭС, XRD, СЭМ, ПЭМ, TПВ).
• Исследованы катализаторы на основе неблагородных металлов (наночастиц, core-shell систем, декорированных частиц Fe, Cu, Ni, Co), содержащих минимальные количества благородных металлов (Pt, Pd, Au, Rh, Ir, Ru). СВЧ-активация использована для увеличения эффективности широкого круга процессов, включая гидрирование, раскрытие циклов полициклических соединений, дегидрирование, гидрирование СО₂ с получением СО и других ценных продуктов, парциальное и полное окисление алканов.
• На ряде примеров получения наночастиц продемонстрированы преимущества СВЧ-активированных катализаторов, а также преимущества СВЧ-активации каталитических процессов in-situ для широкого круга процессов в сравнении с термически активированными катализаторами и процессами.
• Установлены нетермические эффекты значительного повышения активности процессов гидрирования, выявленных под действием СВЧ-излучения, в присутствии водорода, за счет диссоциативной адсорбции водорода.

Полученные результаты соответствуют мировому уровню, а некоторые из них превосходят этот уровень (использование эффекта спилловера водорода, нетермические эффекты СВЧ-активации в каталитических процессах с участием водорода, использование СВЧ-активации в ряде процессов, в которых эти эффекты никогда не были изучены – раскрытие циклов, конверсия СО₂ в метанол).

Внедрение результатов исследования:

Разработаны эффективные и дешевые Zn-Cu-K-катализаторы конверсии СО2 в метанол, превосходящие известные в мировой литературе и практике системы по производительности (в 1,5-2 раза). В настоящее время проводятся пилотные испытания катализаторов с участием ПАО «Танеко» (Россия) и технико-экономическое обоснование технологии их производства и применения.

Образование и переподготовка кадров:

• В 2021 г. 2 сотрудника лаборатории прошли стажировки по основному месту работы ведущего ученого Тапио Салми – Академии Або (Финляндия).
• Подготовлены и защищены 2 кандидатские диссертации.
• Сотрудники лаборатории участвовали с докладами в однодневной школе-семинаре «Применение СВЧ-излучения в химических процессах» (31 октября 2022 г., Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского Российской академии наук).

Сотрудничество:

• Nova Chemicals (Канада): в рамках контракта разработаны эффективные и селективные катализаторы парциального окисления (окислительного дегидрирования) этана в этилен.
• АО «РУССКИЙ АЛЮМИНИЙ менеджмент» (Россия): в рамках договора разработана технология обезвреживания ПАУ (полиароматических углеводородов, в том числе бенз(а)пиренов).
• ПАО «Татнефть им. В.Д. Шашина» (Россия): договор «Разработка комбинированного процесса ароматизации бутана и гидрогенизации СО₂ с получением метанола».
• Федеральный исследовательский центр «Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук» (Россия): договор «Разработка и совершенствование аминных систем улавливания СО₂ из технологических газов».