С применением методов рентгенофазового анализа, тепловой десорбции азота и термопрограммированного восстановления водородом исследованы катализаторы глубокого окисления метана, содержащие оксиды 3d-металлов (Mn, Co), редкоземельного (La) и щелочноземельных (Ba, Sr) элементов в пористых матрицах вторичных носителей (Al2O3, ZrO2, их бинарной композиции), сформированных на поверхности блоков сотовой структуры (кордиерит, каолино-аэросил). Показано, что активность и стабильность катализаторов зависит от способа приготовления, природы активного компонента, вторичного и блочного носителей. После проведения ресурсных испытаний предложенные катализаторы, обеспечивающие 80–100 %-ную конверсию метана в СО2 при температурах 650–750 °С, могут быть рекомендованы для использования в системах каталитической очистки газов от примесей углеводородов (метана и гомологов С2–С4) и для сжигания углеводородного топлива в промышленных и бытовых каталитических теплогенераторах.

Изучено влияние условий модификации природного алюмосиликатного катализатора 10 %-ным раствором HCl на его химический и фазовый состав, пористую и кристаллическую структуру, кислотность и каталитическую активность в реакции изомеризации α-пинена. При обработке алюмосиликата 10 %-ной HCl в количестве 25–250 мл на 1 г алюмосиликата (мл HCl/г) протекает катионный обмен, увеличивается концентрация протонных центров на его поверхности, происходит удаление примесей – кальцита и доломита. Удельная площадь поверхности увеличивается с 52 до 68–82 м2/г. Обработка алюмосиликата 175,0 и 250,0 мл HCl/г вызывает удаление существенного количества каркасных катионов Al3+, Fe2+/3+, Mg2+, что приводит к частичному разрушению его структуры, снижению кислотности, удельной площади поверхности и как следствие каталитической активности по сравнению с образцами, обработанными 50 и 100 мл HCl/г. Наибольшую каталитическую активность показывает алюмосиликат, обработанный 50 мл HCl/г. Селективность реакции по камфену и дипентену (при конверсии α-пинена 85 %) на исходном катализаторе составляет 55 и 30 % соответственно, после кислотной модификации возрастает по камфену и снижается по дипентену на 5–6 %. Рассмотренный катализатор имеет преимущество в активности перед промышленным титановым.

Проведено исследование влияния химического состава носителя, содержания и способа закрепления никеля на физико-химические и каталитические свойства системы NiO/B2O3–Al2O3. Содержание оксида бора в носителе варьировалось от 2 до 30 мас.%, а содержание никеля от 0,59 до 3,18 мас.%. Для изучения образцов катализаторов применяли рентгенофазовый анализ, термопрограммируемую десорбцию аммиака, ИК-спектроскопию, в том числе адсорбированного CO, а также электронную спектроскопию диффузного отражения. Испытания катализаторов в процессе олигомеризации этилена проводили в проточ ном реакторе с неподвижным слоем катализатора при температуре 200 °С, давлении 1 МПа и массовой скорости подачи этилена 0,5 ч–1. В качестве сырья использовали газовую смесь этилена с метаном с содержанием этилена 30 мас.%. Сделано предположение, что активность системы NiO/B2O3–Al2O3 в процессе олигомеризации этилена связана с формированием на ее поверхности катионов Ni2+ октаэдрической конфигурации, окруженных боратными анионами. Наиболее активные катализаторы содержат 2–3 мас. % Ni и 10–20 мас. % B2O3 в составе носителя. Метод приготовления (адсорбционное закрепление или пропитка) мало влияет на состояние никеля в образцах системы NiO/B2O3–Al2O3 и их каталитические свойства. В сравнении с известными полученные катализаторы отличаются простотой приготовления, доступностью и низкой стоимостью исходных материалов.

Синтезированы нанодисперсные катализаторы M/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2, где М – Pt, Pd, Ru в количестве 0,5; 1,0 и 2,0 мас.%, для дожигания сажи выхлопных газов дизельных двигателей в условиях «слабого» контакта. Методами EDX, рентгеновской синхротронной дифракции, XANES, EXAFS, ПЭМ, низкотемпературной адсорбции азота и ТГ-ДСК исследованы структурные, текстурные и каталитические свойства образцов. Показано, что в процессе импрегнирования платиновых металлов на поверхность носителя Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2 происходит взаимодействие металл – носитель, которое усиливается в ряду Pt → Pd → Ru. Наиболее активными в процессе дожигания сажи являются рутенийсодержащие катализаторы, что обусловлено не только природой нанесенного компонента, но и относительно слабо выраженным взаимодействием металл – носитель по ср внению с платиновыми и палладиевыми образцами. Для них характерно снижение температуры начала окисления примерно на 190 °C и понижение температуры полного окисления примерно на 120 °C по сравнению с теми же параметрами для носителя без платиноидов. Благодаря высокой активности 0,5%Ru/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2 создается возможность проведения эффективной очистки дизельных выбросов от сажи с использованием относительно небольших количеств благородного металла, что позволит снизить стоимость каталитических нейтрализаторов дизельных выбросов.

Выбросы транспортных средств являются основным источником CO – одного из самых ядовитых газов. Он не только вредно влияет на человека и растительность, но также загрязняет окружающую среду и косвенно способствует глобальному потеплению. В фазе холодного старта двигателя выброс СО увеличивается на 60–80 %, даже если автомобиль оснащен TWC. Таким образом, задача устройств, регулирующих выбросы бензинового автомобиля, заключается в снижении выбросов CO до уровня ниже 1,0 г/км. В данной работе катализатор Au-CuCe/γ-Al2O3 был испытан на активность в окислении СО и продолжительность срока службы. Катализатор был приготовлен методом пропитки по влагоемкости и прокален при 600 °С. Удельная площадь поверхности катализатора, определенная по адсорбции азота методом БЭТ, составила 103,48 м2/г, размер пор 28,664 нм, объем пор 0,07 см3/г. Дифракционная картина катализатора подтвердила преобладание флюоритной структуры CeO2 кристаллов в аморфном состоянии, а также показала присутствие кристаллов CuO теноритной фазы. В аморфном состоянии наблюдался также очень небольшой пик от наноразмерного Au. XPS исследования показали сосуществование в катализаторе Ce3+/Ce4+. Медь в форме Cu(I), Cu(II) в октаэдрических позициях и Cu(II) в тетраэдрических позициях соответственно наблюдалась наряду с Cu+ и Ce3+. Также был обнаружен типичный пик Au. Полная конверсия СО наблюдалась около 80 °C. Для определения продолжительности срока службы катализатор был прокален при 800 °С, конверсию на нем измеряли в течение 50 ч непрерывной работы, дезактивация катализатора не наблюдалась. Благодаря низкой стоимости и доступности Au-CuCe/γ-Al2O3 может быть рекомендован для использования в качестве катализатора окисления автомобильных выхлопных газов при температуре холодного запуска двигателя.

Исследованы причины дезактивации алюмооксидного катализатора в процессе скелетной изомеризации н-бутенов, приводящие к снижению конверсии с 31 до 26 %. Показано, что загрязнение микропримесями металлов Fe, Mg в совокупности уменьшает конверсию н-бутенов примерно на 2,5 %. Путем отмывки металлических примесей активность катализатора может быть восстановлена. Источником металлических примесей являются трубопроводы водяного пара и сырья. В ходе эксплуатации происходит накопление δ-модификации оксида алюминия в катализаторе, что приводит к снижению конверсии н-бутенов примерно на 3 абс.%; этот вид дезактивации является необратимым. Вероятной причиной частичного фазового перехода при температуре ниже 600 °С является снижение температуры фазового перехода под действием микропримесей Fe и Mg. Показано, что накопление микропримесей и δ-фазы оксида алюминия приводит к снижению количества кислотных центров алюмооксидного катализатора и обусловленному этим уменьшению конверсии. Для увеличения срока эксплуатации катализатора рекомендовано улавливание примесей металлов из паросырьевого потока путем установки перед катализатором защитного слоя инертного к бутеновой фракции макропористого материала с развитой поверхностью.

В 1965 г. на Рубежанском химическом комбинате был успешно осуществлен пуск первой в СССР промышленной установки производства антрахинона (600 т/год) окислением антрацена кислородом воздуха в неподвижном слое катализатора. С целью выбора наиболее эффективного способа промышленного производства антрахинона руководством Минхимпрома СССР было принято решение о создании промышленной установки производства антрахинона (600 т/год) окислением антрацена в кипящем слое катализатора, опираясь на опыт производства, реализованного в ЧССР. В 1972 г. был осуществлен пуск такой установки. Описание приготовления катализатора по чехословацкому методу, схема и результаты работы новой установки приведены в данной статье. Сравнительный анализ двух способов производства антрахинона – в кипящем и неподвижном слоях катализатора – показал, что по степени превращения исходного антрацена в продукты реакции результаты очень близки, но по стабильности работы систем предпочтение следует отдать установке с неподвижным слоем катализатора. Поэтому при создании последующих производств антрахинона в СССР предполагалось использовать процесс с неподвижным слоем катализатора. К сожалению, эти проекты не удалось осуществить.

Проведено испытание промышленного медно-цинкового катализатора газофазного синтеза метанола MEGAMAX® 700 в условиях жидкофазного процесса при вариации давления (0,5–7,0 МПа) и скорости потока газовой смеси (40–400 млн/мин). Показаны его высокая активность и селективность в образовании метанола. Наилучший результат – 730 г (метанол)/кг (кат.)·ч–1 и селективность 99,2 % – получен при условиях реакции: 2,0 МПа, 240 °С, H2 : CO : : CO2 : N2 = 70,5 : 17,9 : 6,5 : 5,1, время реакции – 3 ч. При давлениях газовой смеси более 3,0 МПа растет концентрация побочного продукта – метана, что приводит к снижению селективности процесса по метанолу. Кроме метана зафиксированы лишь следовые количества этана и воды. Во всем исследованном диапазоне давлений в парогазовой смеси отсутствует типичный побочный продукт синтеза метанола – диметиловый эфир. Результаты работы свидетельствуют о возможности использования катализатора MEGAMAX® 700 в жидкофазном синтезе метанола.

Разработана и изготовлена оригинальная установка (ферментер) для исследования биокаталитических превращений продуктов переработки возобновляемого целлюлозо-содержащего сырья. Установка апробирована в процессе ферментативного гидролиза технической целлюлозы российского мискантуса. Полученные результаты (зависимость концентрации редуцирующих веществ в гидролизате от продолжительности ферментативного гидролиза) полностью воспроизвели результаты, полученные ранее на лабораторном оборудовании. Проведенное параллельно в лаборатории и в ферментере сбраживание полученного гидролизата также продемонстрировало идентичность результатов. Таким образом, доказана перспективность установки для приготовления ферментативных гидролизатов, пригодных для использования в качестве субстратов в технологии получения биоэтанола и бактериальной целлюлозы, и возможность масштабирования по объему процессов биокаталитической трансформации.