Переработка продуктов биомассы в энергоносители в присутствии наноразмерных катализаторов и мембранно-каталитических систем

В целях рационального использования сырьевых источников особая роль отводится органическим источникам топлив, базирующимся на возобновляемой биомассе. К наиболее перспективным сырьевым источникам основных энергоносителей, таких как водород и органические компоненты моторных топлив, относятся этанол и другие биоспирты – первичные продукты ее переработки. В статье представлены результаты по новым реакциям превращения этанола, смеси этанола и глицерина – основных продуктов биомассы, в алкан-олефиновую фракцию С₃–С₁₀₊ в присутствии наноразмерных моно- и биметаллсодержащих активных компонентов, нанесенных на γ-Al₂O₃(<d> = 5÷8 нм) и на внутреннюю поверхность микроканалов керамических мембран (<d> = 15÷20 нм). Как предшественники использовались моно- и биметаллические алкоксидные и ацетатные комплексы. Найдено, что селективность в превращении этанола в алифатические углеводороды, а также содержание разветвленных структур существенно зависит от ядерности и состава металлокомплексных предшественников, наносимых на γ-Al₂O₃. Впервые установлено, что в реакции кросс-конденсации углеродного остова спиртов разной природы высокую реакционную способность проявляет глицерин. В присутствии Ta–Re-содержащей системы смесь этанола и глицерина превращается в 60% олефинов состава С₄–С₁₀, содержащих до 50 % разветвленных структур. Изменяя состав Pd–Zn-содержащих активных компонентов, показана возможность направленного превращения этанола в олефиновую, алкановую или алкан-олефиновую фракцию. Для получения водорода и синтез-газа из продуктов биомассы разработаны пористые мембранно-каталитические системы, проявляющие высокую активность в углекислотном и паровом риформинге этанола, смеси этанола и глицерина, а также уксусной кислоты. Представлена схема получения широкого спектра органических ценных продуктов на основе биоспиртов, не содержащих токсичных примесей, независимая от нефтяного сырья. Согласно представленной схеме, получаемые из этанола и других биоспиртов алканы являются основными компонентами моторных топлив; из олефинов, водорода и моноксида углерода может быть получен широкий ряд продуктов органического синтеза в процессах карбонилирования/гидрокарбонилирования.

1. Fierro, J.L.G. In Proccedings of the Europecat IX. Abstracts. Salamanca, Spain, 2009. KN-10. P. 108.

2. Charle D. s. Science (Biofuels), 2009. Vol. 324. Р.587.

3. Варфоломеев С.Д., Моисеев И.И., Мясоедов Б.Ф. // Вестник Российской Академии Наук. 2009. Т. 79. № 7. С. 595.

4. Sheldon R.A. In Proccedings of the Europecat IX. Abstracts. Salamanca, Spain, 2009. KN 7. P. 107.

5. Tsodikov M.V., Kugel V.V., Yandieva F.A. et al. // Pure Applied Chemistry, 2004. Vol. 76. № 9. Р. 1769–1779.

6. Tsodikov M.V., Yandieva, F.A. Kugel V.Ya.et al. // Catalysis Lettersю 2008. Vol. 121. № 3–4. Р. 199–208.

7. Яндиева Ф.А., Цодиков М.В., Чистяков А.В. и др. // Кинетика и Катализ. 2010. Т. 51. № 4. С. 552.

8. Stadelmann P. // Ultramicroscopy, 1987. Vol. 21. Р. 131.

9. Zhong X., Zhu J., Liu J. // Catalysis. 2005. Vol, 236. Р. 9.

10. Petraszek A., Costa P.D., Markues R. et al. // Catalysis Today. 2007. Vol. 119. Р. 187.

11. Kwark J.H., Hu J., Mei D. et al. // Science. 2009. Vol. 325. Р. 1670–1673.

12. Tsodikov M.V., Chistyakov A.V., Yandieva F.A. et al. // Abstracts of VIII International Conference “Mechanisms of Catalytic Reactions”, June 29–July 2, 2009. Novosibirsk. Р. 106.

13. Kozitsyna N.Yu., Nefedov S.E., Dolgushin F.M. et al. // “Heterodimetallic PdII-based carboxylate-bridged complexes: Synthesis and structure of single-crystalline PdII–M (M = MnII, CoII, NiII, CuII, ZnII, NdIII, EuIII, CeIV) acetates”// Inorg. Chim. Acta. 2006. Vol. 359. Р. 2072–2086.

14. Shcheglov P.A., Drobot D.V. // Chem. Mater. 2002. Vol. 14. Р. 2378–2383.

15. Kriventsov V.V., Kochubey D.I., Novgorodov B.N. et al. // Digest reports of the XVII international synchrotron radiation conference (SR-2008), June, 15–20. 2008, Novosibirsk. Р. 7–33.

16. Olah G.A., Moluar A. Hydrocarbon Chemistry. New York: Wiley. 1995. Р. 527.

17. Курчатов И.М., Лагунцов Н.И., Цодиков М.В. и др. // Кинетика и Катализ, 2008. Т. 39. № 1. С. 120–126.

18. Хасин А.А. // РХЖ, общества им. Д.И.Менделеева. 2003, Т. XLVII. С. 36–48.

19. Пат. 2325219 (РФ) от 27 мая 2008 г.

20. Цодиков М.В. Тезисы докладов Международного форума по нанотехнологиям «Rusnanotech 09», 6-8 октября, Москва, 2009. С. 264–265.

21. Gallezot P. In Proccedings of the Europecat IX. Abstracts. Salamanca, Spain, 2009. PL 6. P. 102.