ИСТИНА

Проект направлен на исследование изменений, происходящих со структурой и каталитическими характеристиками системы кобальт-углеродные нанотрубки (Со/УНТ), в процессе Фишера-Тропша. В процессе выполнения Проекта будут проведены длительные испытания стабильности катализаторов, в течение которых планируется осуществление мониторинга состояния последних комплексом современных физико-химических методов: просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, КР-спектроскопии, РФА, магнитометрии, низкотемпературной сорбции азота и термогравиметрического анализа с масс-спектроскопией отходящих газов. Также планируется подбор оптимальных условий для регенерации таких катализаторов с учётом индивидуальных особенностей носителя: невысокой устойчивости в агрессивных средах при температурах более 400°С. На основании полученных данных будут построены модели трансформации структуры Со/УНТ на протяжении каталитического цикла. Результаты работы должны существенно прояснить перспективы применения системы Со/УНТ в промышленности, а также позволить извлечь максимальную выгоду из достоинств УНТ – химическая инертность, хорошая тепло- и электропроводность, – которые обуславливают преимущество таких носителей перед традиционными оксидными материалами.

The Project is aimed at studying the changes in the structure and catalytic properties of cobalt – carbon nanotubes (Co/CNT) system in the Fischer-Tropsch process. As a part of the project long-term stability tests of catalysts will be carried out, during which we plan to monitor their state by a complex of modern physicochemical methods: transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Raman spectroscopy, XRD, magnetometry, low-temperature nitrogen sorption and thermogravimetric analysis equipped with the MS attachment. It is also planned to select the optimal conditions for the regeneration of such catalysts, taking into account the individual characteristics of the support: low stability in aggressive environments at temperatures above 400°C. Based on the data obtained, models of transformation of the Co/CNT structure during the catalytic cycle will be proposed. The results of the work should substantially clarify the possibility of using Co/CNT system in industry. They will also allow gaining the maximum benefits from the useful properties of CNT such as chemical inertness, good thermal and electrical conductivity, which determine the advantage of such supports over traditional oxide materials.

В результате выполнения проекта будут определены и сформулированы: • оптимальные условия регенерации катализатора Со/УНТ; • данные о стабильности катализатора Со/УНТ во времени; • модель трансформации структуры катализатора и носителя в системе Со/УНТ при испытании в процессе ФТ и регенерации. С научной точки зрения ожидаются новые данные по структуре катализаторов Со/УНТ, их изменению на разных стадиях каталитического цикла. Прикладная значимость обусловлена тем, что условия регенерации и данные по стабильности сделают такие системы более понятными и применимыми с точки зрения промышленной реализации.

Отработана методика синтеза УНТ методом каталитического пиролиза углеводородов. Отработана технология функционализации УНТ различными функциональными группами. Изучены термические свойства окисленных УНТ, для чего модифицирована методика проведения ТГА-МС в инертной среде [J Phys Chem C 2016 120 17465-17474]. Отработана методика интерпретации данных КРС, позволяющая получить информацию о структурных изменениях в УНТ [PCCP, 19(3):2276–2285, 2017]. Изучены структурные трансформации азот-допированных УНТ при кислотной обработке и последующем отжиге [Carbon (2017), doi: 10.1016/ j.carbon.2017.09.013]. В распоряжении имеются установки для испытания катализаторов в условиях, близких к промышленным, оснащённые газовыми хроматографами. Подробно исследованы каталитические свойства систем на основе Со/УНТ. Показано их преимущество над катализаторами, нанесёнными на традиционные промышленные носители [Fuel Process. Technol 2015 140 267-275]. Изучено влияние функционализации поверхности носителя на структуру и характеристики катализаторов Со/УНТ в процессе ФТ при 1 атм [Appl. Catal. A. 2016 523 221-229]. Выявлены особенности УНТ как носителя для катализаторов процесса ФТ, связанные с особым механизмом формирования частиц кобальта на сильно окисленной поверхности подложки. Зафиксировано образование углеродных оболочек вокруг аморфных частиц, ведущее к дезактивации катализатора уже на стадии индукционного периода [Appl. Surf. Sci. 2016 372 100-107]. Исследовано влияние размера частиц и массового содержания кобальта на каталитические характеристики систем Со/УНТ [Appl. Catal. A. ‒ 2016 523 221-229], [Кин кат 2016 57 5 645-651]. Изучены трансформации носителя и катализатора на стадиях изготовления, активации и испытаний последнего при 1 атм. Установлено травление поверхности УНТ частицами кобальта при восстановлении катализатора [Appl. Catal. A. 2016 523 221-229], [Phys. Chem. Chem. Phys., 19(3):2276–2285, 2017].