3 октября 2022
Ученые Института катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда приступили к исследованию механизмов активации и превращения легких алканов на цеолитах, содержащих индий. Исследование позволит определить возможности использования этих систем для превращения компонентов природного газа и газового конденсата в ценные химические продукты для промышленности и быта, включая простые ароматические углеводороды и карбоновые кислоты.
Ежегодно на территории России добывают миллиарды кубометров природного газа и миллионы тонн газового конденсата, сопутствующего добычи нефти. Их компоненты, легкие углеводороды состава С2-С4, используют в основном в качестве топлива. Незначительную их часть перерабатывают в более ценные химические продукты, включая олефины и простые ароматические углеводороды — бензол, толуол, этилбензол, ксилолы. Эти продукты применяют при производстве полимеров, пластмасс, растворителей, масел, смазок, красок и т.д.
Ведущий научный сотрудник отдела физико-химических методов исследования Института катализа СО РАН, руководитель исследования д.х.н. Александр Степанов рассказал, почему для переработки С2-С4 алканов в более высокомолекулярные углеводороды в качестве катализаторов традиционно используют синтетические цеолиты.
«Цеолиты обладают регулярной пористой структурой с порами молекулярных размеров, что позволяет регулировать выход целевого продукта. Для этого подбирают тип цеолита с разным размером и формой пор во внутренней структуре. Когда в пористое пространство цеолита внедряют различные металлы, это приводит к изменению каталитических свойств цеолита — изменяется направление протекания реакции, повышается избирательность в получении желаемых продуктов», — пояснил Степанов.
Электронно-микроскопические фотографии кристаллов цеолита BEA (а,б) и представление структуры кристалла с размером пор 0.6 нм (в)
Цеолиты модифицируют разными металлами – платиной, серебром, медью, цинком, галлием и т.д. Модифицированные индием цеолиты изучены слабо, хотя в существующих исследованиях указывается на их сравнимость и даже превосходство над системами, содержащими цинк и галлий, в плане селективности по ароматическим продуктам.
В своем проекте ученые Института катализа СО РАН предполагают исследовать и установить механизмы активации и превращения алканов на цеолите типа BEA, модифицированном индием.
«Мы выясним роль различных индиевых центров, катионных частиц In+ и InO+ и оксидных кластеров In2O3, введенных в цеолит, в активации алканов и направлениях превращения алканов по пути ароматизации и парциального окисления. Планируем установить предпочтительную активацию различных фрагментов молекул алканов на основании анализа кинетики дейтеро-водородного обмена бренстедовских кислотных центров с различными группами алкана. Механизмы активации и превращения по направлениям дегидрирования – ароматизации и парциального окисления алканов в карбоновые кислоты — будем устанавливать с использованием метода спектроскопии ядерного магнитного резонанса высокого разрешения в твердом теле с режиме in situ», — рассказал Александр Степанов.
Характеризировать цеолитные материалы ученые будут различными физико-химическими методами.
