|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Разработка гетерогенного катализатора превращения этанола в бутанол по реакции Гербе-Марковникова на основе бифункциональных цеолитоподобных катализаторовНИР
Development of a heterogeneous catalyst for the conversion of ethanol to butanol by the Gerbe-Markovnikov reaction based on bifunctional zeotype catalysts
- Руководитель НИР: Коц П.А.
- Подразделение: НИЛ адсорбции и катализа
- Срок исполнения: 19 апреля 2018 г. - 19 апреля 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-33-01011\18
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118050490046-0
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.19 Химия твердого тела
- 31.15.28 Топохимия. Гетерогенный катализ
-
Ключевые слова:
цеолиты., этанол, наночастицы металлов, бифункциональный катализ, биобутанол, ик-спектроскопия, реакция гербе-марковникова
zeolites., biobutanol, metal nanoparticles, ir spectroscopy, ethanol, bifunctional catalysis, gerbe-markovnikov reaction -
Описание:
Проект направлен на разработку эффективного гетерогенного катализатора синтеза бутанола из этанола. Этанол как возобновляемое сырьё является песпективным стартовым химикатом для целой серии промышленных производств. Бутанол в свою очередь является ценным продуктом, получаемым в настоящее время из пропилена. Помимо, практической значимости проект направлен на расширение представлений о механизмах бифункциональном катализе на новый класс цеолитоподобных материалов, содержащих цирконий в тетраэдрической позиции каркаса.
-
Abstract:
The project aims to develop an effective heterogeneous document for the synthesis of butanol from ethanol. Ethanol as a renewable raw material is a precautionary starting chemical for a whole series of fine chemicals. Butanol, in turn, is a valuable product currently obtained from propylene. In addition to the practical importance, this project is aimed to expand the concept of the mechanisms of bifunctional catalysis to a new class of zeotype materials. Zirconium in the tetrahedral position of the framework of such materials exibits exeptional catalytic properties in biomass conversion.
-
Планируемые результаты:
Планируемое построение исследования позволяет, во-первых, разработать гетерогенный катализатор получения бутанола, во-вторых, установить механизм реакции, природу промежуточных частиц. Эти систематизированные данные позволят существенно продвинуться в механизмах бифункционального катализа на Zr-BEA, предложить дальнейшие шаги по его улучшению. Интерес также представляет достижение показателей процесса (конверсии/селективности), сравнимых с литературными данными. Реакция Гербе-Марковникова изучена на металлсодержащих системах крайне мало, большая часть работ посвящена оксидным основным системам. Это обстоятельство существенно увеличивает новизну и значимость получаемых результатов. Предлагаемые методы и подходы к исследованию катализатора и процесса не являются принципиально новыми по отдельности, однако, соединенные вместе позволяют получить существенно новые результаты.
-
Научный задел:
На предварительном этапе работы получены показатели процесса конверсии этанола в бутанол на палладий-содержащих катализаторах. Значения конверсии (10%-12%) и селективности в бутанол (25-40%) вполне сопоставимы с известными в научной литературе. Образцы цирконий-содержащего цеолита Бета были синтезированы и полностью охарактеризованы. На первый год, этой связи, выноситься исключительно характеризация металлических центров катализаторов/взаимодействия металл-носитель.
-
Основные результаты:
За первый год выполнения планируется получить следующие данные. Во-первых, будет установлен наиболее перспективный металлический компонент для модифицирования Zr-BEA. Во-вторых, с помощью кинетического исследования будут установлены пути образования побочных и целевых продуктов реакции этанола. В сочетании с данными по характеризации бифункциональных катализаторов (размер частиц металла, локализация, кислотность цеолита, другие характеристики) это позволит получить ценные данные для выполнения проекта на втором году. Результаты первого года сгруппированы в цельный логический блок, готовый к публикации в виде классической статьи по катализу.
- Добавил в систему: Коц Павел Александрович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 19 апреля 2018 г.-23 марта 2019 г. | Разработка гетерогенного катализатора превращения этанола в бутанол по реакции Гербе-Марковникова на основе бифункциональных цеолитоподобных катализаторов |
| Результаты этапа: В результате выполнения работ по проекту установлена последовательность образования продуктов превращения этанола. Первоначально, этанол вступает в реакцию дегидрирования с образованием ацетальдегида, который, в свою очередь, конденсируется в кротональ. Альдольно-кротоновая конденсация при этом является скорость лимитирующей стадией всего процесса. Кротональ гидрируется на металлических центрах катализатора до бутанола. Побочные процессы включают в себя преимущественно дегидратацию этанола в диэтиловый эфир и дегидратацию бутанола в бутены. Бутены в свою очередь гидрируются до бутана за счет высокой активности частиц палладия в этом процессе. Удаление водорода из потока реагентов приводит к уменьшению количества бутанов и увеличению количества бутенов. На поверхности катализатора методом ИК-спектроскопии показано, что дегидрирование этанола происходит уже при 50 °С. При более высокой температуре ацетальдегид вступает в реакцию Тищенко с образованием поверхностных ацетатов, которые при 200-250 °С разлагаются на метан и карбонаты. Добавки водорода к катализатору приводят к удалению с поверхности ацетатов и карбонатов за счет гидрирования. | ||
| 2 | 23 марта 2019 г.-23 марта 2020 г. | Разработка гетерогенного катализатора превращения этанола в бутанол по реакции Гербе-Марковникова на основе бифункциональных цеолитоподобных катализаторов |
| Результаты этапа: Изучение кинетики конверсии этанола в присутствии Zr-содержащих цеолитов BEA, допированных частицами палладия, выявило порядок образования основных продуктов реакции. Было показано, что основными процессами являются дегидрирование этанола до ацетальдегида на центрах Pd и дегидратация этанола до диэтилового эфира на кислотных центрах катализатора. После этого ацетальдегид подвергается реакции альдоль-кротонной конденсации с образованием кротоналя, который гидрируется до бутанола на участках металла. Бутанол, в свою очередь, дегидратируется до бутенов, которые гидрируются до бутана. Присутствие водорода в газовой фазе приводит к вытеснению этанола с поверхности металла и предотвращает образование поверхностных карбонатов и ацетатов. Было обнаружено, что водород значительно ускоряет дегидратацию этанола из-за снижения энергии активации, что может быть связано с переносом водорода на цеолит. Добавление воды ингибирует все катализируемые кислотой реакции из-за конкурентной адсорбции на кислотных центрах и, таким образом, снижает выход бутанола и конверсию этанола. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".