Представлен обзор, посвященный обобщению и сравнительному анализу литературных данных последних лет по исследованиям в области конверсии диоксида углерода в метанол, диметиловый эфир и углеводороды С2+, включая олефины, путем каталитического гидрирования. Показано, что основными путями достижения высокой активности и селективности таких процессов являются направленный дизайн катализаторов и подбор условий проведения процессов гидрирования, в том числе с использованием сверхкритического CO2 и альтернативных традиционным физико-химических методик активации CO2 (электрокатализ, фотокатализ).

Полностью статья будет опубликована в английской версии журнала «Catalysis in Industry» № 1, 2024 г.

Чтобы разработать модифицированную рутением бентонитовую глину для использования при конденсации Кнёвенагеля в качестве гетерогенного основного катализатора, представляющего собой альтернативу опасным для окружающей среды основным катализаторам, таким как пиридин, пиперидин и т.п., мы очищаем природную бентонитовую глину и вводим катион Ru3+ в ее промежуточные слои, что позволяет улучшить пористость и увеличить удельную поверхность этого материала. Очищенный бентонит и Ru/бентонит охарактеризованы с использованием инфракрасной Фурье-спектроскопии (FTIR), порошковой рентгеновской дифракции (PXRD), просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM), сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергорассеивающей рентгеновской спектроскопии (EDS), термогравиметрического анализа (TGA), а также определена удельная поверхность методом Брунауэра – Эмметта – Теллера (BET). Проведена активация этих глин в основной среде и предпринято сравнительное исследование их в роли пригодных для повторного использования гетерогенных катализаторов конденсации Кнёвенагеля в присутствии воды в качестве растворителя для химического превращения 2,4-дихлорбензальдегида и 4-гидроксибензальдегида с этилцианоацетатом в соответствующие им α,β-ненасыщенные кислоты. Продукты реакции охарактеризованы методами FTIR и ядерного магнитного резонанса (1H NMR и 13C NMR). К ключевым особенностям этой реакции относятся мягкие условия протекания, отсутствие опасных химических веществ, используемых при классической конденсации Кнёвенагеля, возможность повторного использования катализатора и высокие значения выхода продуктов.

В работе исследованы высокопроцентные медьсодержащие катализаторы, приготовленные различными методами (золь-гель, сплавление и соосаждение), в гидропревращении фурфурола в реакторе периодического действия при давлении водорода 5,0 МПа и температуре 100 °С. С использованием физико-химических методов определены температуры восстановления и фазовый состав катализаторов. Показано, что наиболее активным в исследуемом процессе является соосажденный медь-алюмооксидный катализатор, который при 100–130 °С позволяет получать фурфуриловый спирт с селективностью 100 %, также в его присутствии возможно получение 2-метилфурана, выход которого составляет 65 % при 200 °С. Определен фазовый состав восстановленного при выбранной температуре катализатора, а также катализатора после реакции.

В представленном обзоре рассмотрены и систематизированы результаты исследований по переработке этанола в ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы), имеющиеся на данный момент в научной литературе. Рассмотрены особенности превращения этанола на цеолитсодержащих катализаторах и механизм каждой отдельной стадии его превращения в ароматические углеводороды. Показано влияние состава цеолитсодержащего катализатора, состава сырья и условий проведения процессов превращения этанола. Показано влияние модификатора цеолитсодержащего катализатора на селективность образования ароматических углеводородов. Данный обзор может быть интересен и полезен исследователям цеолитсодержащих каталитических систем и процессов переработки спиртов.

Исследовано влияние содержания цеолита ZSM-22 (15–70 мас.%) в составе носителя на физико-химические свойства катализаторов Pt/ZSM-22–Al2O3. Определена зависимость выхода и состава продуктов гидродеоксигенации подсолнечного масла на этих катализаторах от температуры (310–340 °С), давления (3–5 МПа) и массовой скорости подачи сырья (0,8–3 ч–1). Показана возможность полной гидродеоксигенации подсолнечного масла с получением углеводородов C5+, содержащих до 72 % изопарафинов, с выходом 75–79 мас.%.

Показана возможность исчерпывающего ферментативного гидролиза полубеленой сульфатной лиственной целлюлозы (полуфабриката целлюлозно-бумажного производства) при ее сверхвысоких концентрациях в реакционной смеси (до 300 г/л в пересчете на сухое вещество). Для гидролиза использованы российские коммерческие ферментные препараты; наилучшим из них оказался Агроксил Плюс, обладающий высокой активностью целлюлаз и эндоксиланазы. С помощью Агроксил Плюс (при его дозировке 20 мг белка/г субстрата) в присутствии вспомогательного ферментного препарата β-глюкозидазы (2 мг белка/г субстрата) при исходной концентрации полубеленой целлюлозы 300 г/л было получено 290 г/л сахаров (в том числе 210 г/л глюкозы, 30 г/л ксилозы). Благодаря методу дробного внесения субстрата удалось в два раза снизить дозировку Агроксил Плюс (10 мг белка/г субстрата при суммарной концентрации полубеленой целлюлозы 300 г/л) с сохранением высокого выхода продуктов гидролиза – 270 г/л сахаров (в том числе 200 г/л глюкозы, 30 г/л ксилозы).

7 августа 2023 г. исполняется 50 лет доктору химических наук, лауреату Премии правительства РФ в области науки и техники, заместителю главного редактора журнала «Катализ в промышленности», директору Центра новых химических технологий Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, профессору кафедры органической и аналитической химии Омского государственного университета им. Ф.М. Достоевского Александру Валентиновичу Лавренову.