Представлены современные тенденции использования растительных возобновляемых источников энергии. Биомасса микроводорослей рассматривается в качестве наиболее перспективного возобновляемого сырья из-за высокой скорости роста и продуктивности. Успехи, достигнутые в последнее время, позволяют надеяться на создание промышленных процессов производства высокоэнергетической биомассы в ближайшем будущем. Разрабатываемые современные каталитические методы (переэтерификация, гидрокрекинг), позволяют эффективно перерабатывать микроводоросли в биотоплива. При этом для получения высококачественных углеводородов необходимо липиды микроводорослей подвергать: гидролизу для удаления фосфорсодержащих соединений, переэтерификации метанолом на гетерогенных катализаторах, гидродеоксигенации (гидрокрекингу) и изомеризации. Рост числа исследований и многообразие способов переработки микроводорослей позволяет говорить об их большом потенциале в качестве сырья для биоэнергетики.

Усовершенствована методика газохроматографического анализа компонентов реакции каталитического окислительного карбонилирования бензола в бензойную кислоту: определены условия хроматографического разделения, позволяющие на неполярном полимерном сорбенте Порапаке Q при постоянной температуре колонки в течение 8 мин проводить полный анализ реакционной смеси – этанола, бензола, толуола, фенола, бензойной кислоты с применением пламенно-ионизационного детектора (ПИД). Определены вводимые объемы (0,2–3,5 мкл) анализируемых компонентов, при которых сигнал отклика детектора изменяется в пределах диапазона линейности. Пределы обнаружения изменяются от 0,14 для бензальдегида до 1,44 млн–1для бензойной кислоты. Методика анализа применяется в ИК СО РАН при изучении реакции каталитического окислительного карбонилирования бензола в бензойную кислоту и может быть рекомендована для контроля качества бензойной кислоты при ее производстве в химической промышленности, при определении массовой доли в продуктах переработки овощных и плодово-ягодных культур.

Приготовлены нанесенные платиновые катализаторы на основе цеолита типа феррьерит с содержанием Pt в диапазоне 1,3–2,8 мас.%. Впервые изучена локализация Pt в каналах цеолита. Показано, что платина, локализованная в них, повышает выход продуктов селективного гидрокрекинга н-гексана. Платина на внешней поверхности цеолитных кристаллов участвует в превращении н-гексана в направлении образования углеводородов изомерного строения. Катализаторы могут быть использованы для улучшения октановых характеристик риформинг-бензинов за счет селективного удаления низкооктановых н-парафиновых углеводородов и увеличения доли высокооктановых изопарафиновых углеводородов в бензинах каталитического риформинга.

Предложен способ разложения хлорорганических отходов на катализаторах, представляющих собой массивный металлический никель (99,99 %) и его сплавы с хромом (нихром: Ni – 80 %, Cr – 20 % и хромель: Ni – 90 %, Cr – 10 %). Процесс разложения отходов сопровождается образованием полезного продукта – углеродных нановолокон (УНВ) «перистой» морфологии. Особенностью процесса каталитического разложения 1,2-дихлорэтана на массивных никелевых катализаторах является длительный индукционный период (~ 3 ч), в течение которого происходит самопроизвольная активация поверхности сплава. Проведение предварительной активации катализатора кислотами или поочередной обработкой в окислительной и восстановительной среде сокращает индукционный период на порядок. Состояние поверхности до и после активации исследовалось методами СЭМ, ПЭМ, ЭДА. Определена активность катализаторов в процессе разложения 1,2-дихлорэтана при температурах 550–700 °С. Наибольшую активность (выход УНВ 400 г/г катализатора) показал нихром Н80Х20; выход УНВ на катализаторах, приготовленных методами соосаждения и механохимической активации, оказался в несколько раз ниже. Новизна предлагаемого подхода заключается в сочетании процесса обезвреживания хлорорганических отходов с получением полезного продукта (УНВ). Использование массивных металлических катализаторов перспективно, поскольку упрощает технологию их приготовления, а отсутствие в составе катализатора носителей упрощает процедуру очистки УНВ от примесей фрагментов катализатора.

Современные трехмаршрутные катализаторы работают в условиях высоких температур отработавших газов, достигающих более 1000 °C, поэтому разработка термостабильных составов не теряет актуальности. В работе методом прямого осаждения синтезирован ряд композитов Al2O3–Ce0,75Zr0,25O2 с содержанием Al2O3 0, 10, 25, 50 мас.%. Методами БЭТ, РФА, ПЭМ, ТПВ исследованы композиты свежеприготовленные и после прокаливания на воздухе при 1000 и 1100 °C. Далее с использованием композитов, состаренных при 1050 °C в атмосфере 2 % О2 + 10 % Н2О + 88 % N2, приготовлены блочные катализаторы, кислородная емкость (OSC) и активность которых изучены на газоаналитическом стенде. С увеличением доли Al2O3 в составе композитов повышается однородность перемешивания и дисперсность частиц CexZr1–xO2–δ, их химический состав становится гомогенным, количество церия, участвующего в окислении–восстановлении, возрастает. Композит, содержащий 50 мас.% Al2O3, состоит из отдельно перемешанных кристаллитов CexZr1–xO2–δ и Al2O3, размеры которых практически не меняются при прокаливании. Катализатор (Pt/Al2O3 + Al2O3–Ce0,75Zr0,25O2) на основе данного композита характеризуется наибольшей OSC и активностью, это позволяет рекомендовать композит для промышленных испытаний.

При эксплуатации установок риформинга с непрерывной регенерацией катализатора возникает проблема оптимизации кратности циркуляции катализатора в системе реактор–регенератор. Данная задача решается при сочетании натурного и вычислительного экспериментов через исследование закономерностей образования кокса на поверхности катализатора. На основании результатов ТГА промышленного Pt-Sn/γ-Al2O3 катализатора сделано заключение, что при риформинге на поверхности катализатора образуется аморфный кокс, количество которого на выходе из реакторного блока составляет 4–6 % в зависимости от состава сырья и технологических параметров процесса. Удельная поверхность образцов составляет (м2/г): для исходного – 152, после регенерации – 140, на выходе из реактора – 118, что коррелирует с количеством кокса на поверхности образцов. Математический анализ процессов коксообразования в реакторе риформинга с движущимся зернистым слоем показал, что следует поддерживать кратность циркуляции катализатора в интервале 0,008–0,010 м3/м3 для повышения эффективности работы промышленной установки. Поддержание оптимальных условий в реакторном блоке и регенераторе позволит контролировать процесс коксообразования и поддерживать концентрацию кокса на минимально возможном, а удельную поверхность катализатора на максимально возможном уровне.

С целью разработки технологии углеродных адсорбентов, перспективных в качестве носителей катализаторов, обоснована возможность использования синтетического мономера – фурфурола – для получения беззольных высокопрочных активных углей со сфероидальной формой частиц. Разработан одностадийный процесс осмоления фурфурола, формования сферического продукта и его отверждения, позволивший сократить время технологического цикла и уменьшить затраты на оборудование. Проведены дериватографические, рентгеноструктурные, ртутнопорометрические и адсорбционные исследования карбонизации сформованного сферического продукта, позволяющие охарактеризовать развитие первичной и пористой структур углеродных остатков. При парогазовой активации карбонизованного продукта получены беззольные активные угли со сфероидальной формой частиц с развитым объемом (до 1,50 см3/г) сорбирующих микро- и мезопор и уникально высокой механической прочностью – скорость на истирание на 3 порядка меньше, чем у промышленных марок активных углей. Полученные активные угли по эксплуатационным свойствам превосходят все известные марки зарубежных и отечественных аналогов и перспективны для получения катализаторов, работающих при жестких режимах эксплуатации – в движущихся и псевдоожиженных слоях.

Предложен способ синтеза нанесенных катализаторов CeO2–ZrO2/Al2O3 и CuO/CeO2–ZrO2/Al2O3, основанный на использовании золей – устойчивых дисперсий наночастиц. Исследовано влияние вязкости золей и концентрации дисперсной фазы на время пропитки и количество нанесенного активного компонента. Приготовлены образцы нанесенных катализаторов пропиткой носителя (α-Al2O3) гидрозолями CeO2–ZrO2 и CuO. В образцах варьировалось мольное отношение CeO2/ZrO2 (9/1, 4/1, 1/1, 1/4) и содержание активного компонента на носителе (0,7–3,0 мас.%). CuO вводился в количестве 0,25 мас.%. Охарактеризование образцов выполнялось методами элементного анализа, РФА, ТГА, СЭМ, низкотемпературной адсорбции азота. Проведено испытание синтезированных катализаторов в реакции окисления СО на установке проточного типа в интервале температур 20–450 °С при атмосферном давлении и объемной скорости 7200 ч–1 на газовой смеси состава (об.%.): СО – 4,1; О2 – 9,6; N2 – 86,3. Показано, что полученные образцы проявляют каталитическую активность в интервале температур 150–400 °С, полное окисление СО в условиях проведения реакции достигается при содержании активного компонента 1 мас.%. Введение оксида меди в состав катализатора снижает температуру полного окисления на 200 °С. Многокомпонентный катализатор CuO/CeO2–ZrO2/Al2O3, полученный золь-гель методом, проявляет активность, сопоставимую с активностью катализаторов на основе металлов платиновой группы. Результаты данной работы могут служить основой для технологии нанесенных катализаторов с использованием золей оксидов различных металлов.

Методами РФА, РСМА и ртутной порометрии изучен характер фазовых превращений и пористая структура низкотемпературных модификаций оксида алюминия в зависимости от количества введенного оксида кальция в системе CaO–Al2O3. Исследовались образцы γ-, χ-Al2O3, содержащие СаО в количестве 1,0, 4,0–5,0 и 7,0–8,0 мас.%, прокаленные при температурах 880–900, 1000 и 1200 °С. Показано, что введение СаО в образцы носителя γ-, χ-Al2O3 (марка ШН-2) замедляет процесс фазовых превращений оксида алюминия, что объясняется конкурирующим процессом взаимодействия Al2O3 с CaO, приводящим к образованию алюмината кальция CaO·2Al2O3. При повышении температуры прокаливания до 1000–1200 °С и увеличении продолжительности прокаливания конечным продуктом фазовых превращений γ-, χ-Al2O3, протекающих через стадию образования æ-Al2O3, является образование α-Al2O3. Носитель γ-, χ-Al2O3, модифицированный оксидом кальция в количестве 4,0–5,0 мас.% (марка ШН-2М) обладает значительно более высокой прочностью и имеет более широкий набор рабочих пор (100–2000 Å), чем немодифицированный. На основе носителя ШН-2М был разработан ряд катализаторов – МПК-1, НПК ПЛК-1, ПЛК-2 – с низким содержанием Pt , Pd, (0,05–0,20 мас.%), и проведено их испытание в реакциях глубокого окисления бутана и окисления CO. Опытно-промышленные образцы катализатора НПК-2 были внедрены на предприятиях химической и автотранспортной промышленности в Москве, Риге, Тбилиси, Рустави. Опыт промышленной эксплуатации катализаторов на основе ШН-2М показал, что по продолжительности эффективной работы в процессах дожигания отработанных газов двигателей внутреннего сгорания они могут конкурировать с известными промышленными марками катализаторов.