Разработано дополнение к методике определения максимального «содержания» водорода методом химического обезводороживания, учитывающее процессы адсорбции органического реагента, используемого в качестве титранта, которое позволяет определять коли- чество реакционноспособного водорода, находящегося на поверхности катализатора и способного вступать в реакцию с органическим реагентом.

На примере окисления метанола в формальдегид на Fe-Mo катализаторе экспериментально исследованы особенности проведения высокоэкзотермических процессов селективного окисления в монолитном микроканальном реакторе (МКР). Благодаря интенсивному отводу тепла из зоны реакции, работе при повышенной до 12–12,5 % концентрации метанола и использованию частиц катализатора размером менее 0,25 мм возможно существенно интенсифицировать процесс, в 7–12 раз увеличив съем полезного продукта с единицы объема катализатора по сравнению с трубчатыми реакторами. Температурный режим работы МКР близок к оптимальному теоретическому для данного класса процессов, что способствует достижению высокой селективности по формальдегиду. В связи с отмеченным снижением активности Fe-Mo катализатора в МКР оценка перспектив возможного применения МКР в этом процессе должна делаться с учетом решения проблемы стабильности катализатора. В случае проведения в МКР каталитических процессов, интенсификация которых не будет сопровождаться заметным снижением активности, применение МКР представляется весьма перспективным и технологически оправданным.

В результате исследования свойств кобальт-алюминиевых катализаторов синтеза Фишера – Тропша были выявлены условия приготовления и активации катализаторов, позволяющие снизить температуру восстановления и повысить их производительность. Показано, что увеличение соотношения NO^–₃/СО^2–₃ -анионов примерно до 1,9–3,1 в гидроксо-нитрат-карбонатных предшественниках кобальт-алюминиевых катализаторов способствует снижению температуры восстановления катионов кобальта из оксидных предшественников. Исследование адсорбционных свойств частиц металлического кобальта, образующихся при разных температурах восстановления оксидных образцов, показало, что активация катализаторов при 500 °С является предпочтительной для формирования дисперсных частиц Со⁰. Восстановленные при этой температуре катализаторы в реакциях синтеза Фишера – Тропша, проведенных из смеси CO : H₂ : N₂ = 30 : 60 : 10 об.% в изотермическом режиме при t = 210 °С и Р = 2,1 МПа, имеют высокую производительность, сопоставимую с производительностью коммерческих Со-содержащих катализаторов, составляющую ~ 0,34 г_ув /(г_кат·ч).

Изучен процесс получения диметилового эфира (ДМЭ) из синтез-газа на смеси катализаторов синтеза метанола (состав, мас.%: ZnO –25,10; СuO – 64,86; Al₂О₃ – 10,04) и дегидратации метанола (γ-Аl₂O₃) при различных вариантах загрузки катализаторов: одно- двух- и трехслойной. Установлена общая для всех вариантов загрузки закономерность: с ростом температуры общая конверсия СО уменьшается, при этом конверсия СО в метанол снижается, а в ДМЭ возрастает. При трехслойной загрузке получены наиболее высокие значения селективности по ДМЭ и выхода ДМЭ. Наиболее высокие значения выхода ДМЭ получены при температурах 250–285 °C. Показано, что с использованием механической смеси катализаторов синтеза метанола и оксида алюминия возможно эффективное получение ДМЭ из забалластированного азотом (20 об.%) синтез-газа с низким, равным 1, соотношением Н₂/СО, неблагоприятным для синтеза метанола. При этом выход ДМЭ на поданный синтез-газ с учетом балластовых газов (азот и СО₂) может достигать значений около 10 мас.%.

Исследовано влияние размера частиц отечественного титан-магниевого катализатора ИК-8-21 на свойства полипропилена (ПП), получаемого при полимеризации пропилена в жидком мономере. Показано, что катализаторы с размером частиц от 20 до 64 мкм имеют высокую активность, одинаковую чувствительность к водороду и обеспечивают получение ПП с узким распределением частиц по размерам, высокой изотактичностью, близкими значениями кристалличности, температуры плавления и физико-механических свойств. Незначительное уменьшение активности и насыпной плотности порошка ПП наблюдается при увеличении среднего размера частиц катализатора от 20 до 43 мкм. Более заметное снижение активности и насыпной плотности порошка ПП наблюдается в случае катализатора с размером частиц 62–64 мкм. Катализатор ИК-8-21 по свойствам образующегося на нем полипропилена не уступает импортным аналогам.

На примере жидкофазного гидрирования метилфенилкетона до 1-фенилэтанола рассмотрены варианты конструкции пилотного реактора для проведения длительных испытаний гетерогенных катализаторов неподвижного слоя. В качестве примера приведен расчет реакторного узла гидрирования на катализаторе НТК-11; показано, что для обеспечения остаточной концентрации реагента ниже 1 мас.%, потребуется каскад из трех адиабатических реакторов с высотой слоя катализатора 4,5 м в каждом.

Исследовано влияние гидродинамического режима перемешивания медноаммиачно-карбонатной суспензии, содержащей алюмокремнеземный носитель, на химический и фазовый состав прекурсора активного компонента (АК) катализатора для дегидрирования цикло-гексанола в циклогексанон. С использованием РФА, ДТА и адсорбционных методов установлено, что в условиях развитого турбулентного режима осаждение прекурсора происходит преимущественно в форме наноструктурированных гидроксокарбонатных структур, прочно связанных с носителем. Исследованы каталитические и текстурные свойства образцов МАК-К (медьалюмокремнеземный для капролактама) при содержании АК в количестве от 20 до 30 мас.% (в пересчете на оксид меди). Осуществлен перенос лабораторной технологии в промышленные условия. Проведены каталитические испытания образцов МАК-К и промышленного катализатора Н3-11 фирмы БАСФ (в проточном реакторе с неподвижным катализаторным слоем объемом 40 см3 при температуре 250 °С и атмосферном давлении). Показано, что по уровню селективности МАК-К соответствует катализатору Н3-11, а по активности и термостабильности существенно превосходит его.

Методом пиролиза азотсодержащих комплексов железа и кобальта на поверхности высокодисперсных углеродных материалов синтезированы катодные катализаторы для водородо-кислородного топливного элемента (ТЭ) с протонпроводящим (кислым) и анионпроводящим (щелочным) электролитами. Катализаторы охарактеризованы методом РФЭС, испытаны в модельных условиях на тонкослойном дисковом электроде и в составе МЭБ водородо-кислородных ТЭ. Впервые описаны свойства системы CoFe/С, сформированной путем пиролиза макрогетероциклических соединений кобальта и железа на углеродных материалах (саже ХС-72 и многослойных нанотрубках (МНТ)). По данным РФЭС, поверхность каталитических систем CoFe/С обогащена углеродом (95,5 ат.%), содержит азот (2 ат.%), кислород (2 ат.%) и металлы (0,5 ат.%). Согласно результатам электрохимических измерений в модельных условиях, каталитические системы состава CoFe/МНТ приближаются к коммерческому платиновому катализатору 60% Pt/C (HiSPEC9100) по активности в реакции восстановления кислорода в щелочной среде (0,5 М КОН). Значения потенциала полуволны составляют 0,85 и 0,88 В для катализаторов CoFe/МНТ и 60% Pt/C (HiSPEC9100) соответственно. Максимальная удельная мощность водородо-кислородного ТЭ с анионпроводящим электролитом составила 210 мВт/см² (катод на основе 60% Pt/C (HiSPEC9100)) и 180 мВт/см² (катод на основе CoFe/МНТ). Характеристики МЭБ с неплатиновым катодом соответствуют лучшим аналогам, описанным в литературе. Результаты работы показали перспективность дальнейших исследований по масштабированию технологии синтеза предложенных неплатиновых катодных катализаторов и оптимизации архитектуры МЭБ ТЭ на их основе.

Изучено влияние механической активации рисовой лузги на реакционную способность входящих в ее состав углеводов. Активацию проводили в полупромышленной центробежной роликовой мельнице. Установлено, что механическая обработка сырья приводит к увеличению его реакционной способности благодаря увеличению удельной площади поверхности и аморфизации кристаллических участков целлюлозы. Определены оптимальные технологические режимы активации, приводящие к получению реакционноспособного продукта из рисовой лузги: частота вращения ротора – 1500 об/мин, скорость подачи сырья – 30 кг/ч. Частицы рисовой лузги в этих условиях измельчаются до 45–50 мкм. Отмеченные изменения приводят к увеличению выхода низкомолекулярных углеводов при полном ферментативном гидролизе материала в семь раз.

С использованием базы данных Chemical Abstracts Plus информационно-поисковой системы SciFinder проведен библиометрический и тематический анализ российских патентов по катализу 2000–2014 гг. в сравнении с общемировой ситуацией. С начала XXI в. в России наблюдается возрастание количества ежегодно регистрируемых патентов по катализу – в 1,4 раза за 2000–2013 гг., тогда как их общемировое количество за то же время возросло в 2,5 раза, а китайское – даже в 22 раза. В общемировом массиве патентов по катализу текущая доля России составляет 2 %, что соответствует 6-му месту. Тематическое распределение российских патентов по катализу существенно отличается от общемирового: большинство российских патентов связано с переработкой ископаемого топлива, тогда как в мире эта область занимает лишь 4-ю позицию, а лидируют химия высокомолекулярных соединений, очистка воздуха от загрязнений и гигиена промышленных производств.