Монометаллические медные и биметаллические палладий-медные катализаторы, нанесенные на ZnO-Al₂O₃ и ZrO₂-Al2O₃, были приготовлены методом пропитки. Физико-химические свойства приготовленных каталитических систем изучены с использованием методов адсорбции (БЭТ), рентгенофазового анализа, температурно-программированного восстановления, температурно-программированной десорбции аммиака. Образцы катализаторов испытаны в реакции синтеза метанола при повышенном давлении (3,5 MПa) в безградиентном реакторе при 220 °C. Показано промотирующее действие палладия на каталитическую активность и селективность нанесенного медного катализатора. Наиболее высокая активность этой системы достигается, по мнению авторов, при образовании Pd-Cu сплава.

Проведены систематические исследования закономерностей протекания реакции низкотемпературной паровой конверсии или мягкого парового риформинга (МПР) пропана в избытке метана на Ni-содержащем катализаторе. Показано, что МПР метан-пропановой смеси протекает по двустадийной схеме, включающей необратимую реакцию паровой конверсии пропана в диоксид углерода и водород и обратимую реакцию метанирования диоксида углерода. При температуре выше ≈250 °С реакция метанирования диоксида углерода является квазиравновесной. Скорость превращения пропана при МПР метан-пропановой смеси имеет первый порядок по пропану и энергию активации ≈120 кДж/моль и практически не зависит от концентраций метана, диоксида углерода, водорода и паров воды. Показано, что эта весьма простая макрокинетическая схема позволяет корректно описывать экспериментальные данные и прогнозировать температуру и скорость потока смеси, при которых достигается полная конверсия пропана.

Последние 20 лет в процессах гидропереработки нефтяных фракций активно изучаются углеродсодержащие катализаторы, полученные с использованием в качестве носителей зауглероженного оксида алюминия, различных углеродных материалов, а также карбидов металлов в качестве активных компонентов. В представленном обзоре рассмотрены свойства различных групп углеродсодержащих катализаторов, показана специфичность использования углеродных носителей, обусловленная необходимостью их предварительной химической обработки (окисление, выщелачивание) и применения водно-органических пропиточных растворов для формирования активных компонентов катализаторов в высокодисперсном состоянии.

С целью повышения выхода и качества риформата (пониженное содержание ароматических углеводородов, в том числе бензола) рассмотрены три технологические схемы, совмещающие процессы каталитического риформинга, межступенчатого разделения и гидроизомеризации риформата. Показано, что оптимальным вариантом является схема с ректификацией промежуточного риформата на три фракции (НК-85 °С, 85–150 °С и 150 °С–КК); она позволяет производить высокооктановые компоненты бензина с пониженным содержанием бензола (менее 1 мас.%) при заметном увеличении (до 4–5 мас.%) выхода риформата и его октанового числа (до 2 пунктов ОЧИМ) по сравнению с традиционным каталитическим риформингом (в неподвижном слое). Осуществлен выбор эффективных катализаторов для стадий риформинга и гидроизомеризации риформата, с их использованием проведено экспериментальное моделирование рассматриваемых схем комбинированного процесса риформинга и гидроизомеризации. Результаты выполненных исследований подтвердили аналитические оценки эффективности разработанной технологии.

Приготовлены Со(Ni)-PMo(W)/Al₂O₃ катализаторы с использованием гетерополикислот Кеггина H₃PMo(W)₁₂O₄₀ и цитрата кобальта (никеля). Физико-химические свойства катализаторов исследованы методами низкотемпературной адсорбции азота, РФЭС и ПЭМВР. Каталитические свойства определяли в гидроочистке модельного сырья, содержащего дибензотиофен, нафталин и различное количество хинолина (до 1000 ppm азота), а также в процессе гидроочистки прямогонной дизельной фракции и вакуумного газойля. Показано, что состав Со(Ni)-PMo(W)/Al₂O₃ катализаторов играет решающую роль при гидроочистке сложного углеводородного сырья. Ni-PW/Al₂O₃ катализатор был более устойчив к азоторганическим ингибиторам, чем Ni(Co)-PMo/Al₂O₃ образцы, имеющие более реакционноспособные активные центры. В результате гидроочистки вакуумного газойля наибольшую глубину превращения сера-, азотсодержащих соединений и полициклических ароматических углеводородов обеспечил Ni-PW/Al₂O₃ катализатор.

С целью разработки метода оперативного контроля изменения химического и фазового состава катализаторов изучены особенности и возможности автоклавных технологий разложения катализаторов нефтепереработки. Установлено, что в автоклавных условиях для катализаторов гидроочистки время полного растворения оксидных фаз уменьшается с 2 ч до 5–10 мин, для катализаторов риформинга время полного вскрытия платины в автоклавных условиях также не превышает 10 мин. Кроме того, вскрытие в закрытой системе предотвращает потери компонентов и загрязнение воздушной среды. Показана возможность селективного растворения отдельных компонентов катализаторов с целью выделения и концентрирования исследуемых фаз для их рентгеноструктурного анализа. Так, при автоклавном растворении алюминийсодержащей фазы отработавшего катализатора риформинга методом РФА надежно установлено наличие фазы корунда (1,5 %), указывающей на эксплуатацию катализатора при слишком высоких температурах. Предложен способ оценки размеров частиц платины в катализаторах по количеству металла, растворившегося под действием хемосорбированного кислорода в автоклавных условиях в неокисляющих кислотных средах. Показано, что для образцов катализатора риформинга в процессе эксплуатации размер частиц платины изменяется с 4 до 25 нм.

Исследованы каталитические свойства сложных перовскитоподобных оксидов гадолиния и стронция в углекислотной конверсии метана и производстве газообразных олефинов путем гидрирования монооксида углерода. Образцы Gd₂SrFe₂O₇ и Gd_2–xSr_1+xFe₂O₇ (x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4) были получены золь-гель методом и по керамической технологии и охарактеризованы с помощью методов рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, фотонной корреляционной спектроскопии, мёссбауэровской спектроскопии, низкотем-пературной десорбции азота. Показано, что золь-гель метод позволяет получать образцы с лучшими каталитическими характеристиками по сравнению с керамическими системами. Неизовалентное замещение Gd³⁺ на Sr²⁺ приводит к искажению структуры сложного оксида и появлению гетеровалентного состояния атомов железа (Fe³⁺ и Fe^4+), что отражается на значениях конверсий реактантов и селективностей по целевым продуктам. Наибольшую каталитическую активность в углекислотной конверсии метана, а также наибольшую селективность по непредельным углеводородам (этилену и пропилену) в гидрировании монооксида углерода показал образец Gd_2–xSr_1+xFe₂O₇ с х = 0,3.

Реализованные в промышленности и разрабатываемые технологии химической переработки древесины направлены на трансформацию в целевые продукты преимущественно ее целлюлозного компонента. При этом лигнин остается крупнотоннажным отходом, для которого отсутствуют высокотехнологичные методы переработки. В настоящей работе изучено влияние катализаторов NiCuМо/SiO₂ на термические превращения ацетонлигнина в среде сверхкритического бутанола при температурах 280, 300, 350 °С. Образующиеся жидкие продукты исследованы методами хромато-масс-спектрометрии и ¹³С ЯМР-спектроскопии. Установлено, что бутанол практически не подвергается термохимическим превращениям до температуры 300 °С. Катализаторы увеличивают конверсию бутанола до 36–40 мас.%. Под действием катализаторов NiCuМо/SiO₂ возрастает выход гексанрастворимых продуктов термопревращения ацетонлигнина при 300 °С до 2,4 раза и примерно в 3,3 раза снижается выход твердого остатка. Катализаторы уменьшают относительное содержание метоксифенолов в составе гексанрастворимых продуктов, в частности сирингола в 14 раз. По данным ¹³С ЯМР-спектроскопии, каталитические превращения ацетонлигнина в жидкие продукты, растворимые в ацетоне, сопровождаются разрывом связей β–О–4 между структурными фрагментами лигнина и снижением содержания метоксильных групп, преимущественно в сирингильных структурных единицах образующихся продуктов.

Часть 2 обзора посвящена современным процессам биотехнологической переработки лигноцеллюлозной биомассы в востребованные вещества. Рассмотрены подходы, направленные на разработку более эффективных ферментов для деполимеризации компонентов биомассы, а также свойства микроорганизмов, применяемых для ферментации сахаров, получаемых из биомассы. Дана характеристика различных биотехнологических подходов к ферментации продуктов деполимеризации, в том числе SHF, SSF, NSSF, SSFF, SSCF и CBP. Показано, что основными тенденциями в разработке новых биотехнологических подходов к переработке биомассы является применение генетической инженерии, синтетической биологии, а также сокращение количества технологических стадий. Отмечено, что разработка одностадийных подходов к переработке лигноцеллюлозной биомассы является перспективным направлением для создания новых эффективных технологий получения востребованных веществ.

В ч. 3 обзора рассмотрены современные аспекты получения востребованных химических веществ, а именно этанола, н-бутанола, изобутанола, 2,3-бутандиола, молочной и янтарной кислот с использованием биотехнологических процессов переработки лигноцеллюлозной биомассы. Дана сравнительная характеристика различных подходов (в том числе SHF, SSF, SSCF и CBP) применительно к получению целевых веществ. Показано, что подход, связанный с консолидированной переработкой лигноцеллюлозы в востребованные вещества, перспективен для прямого получения химических веществ путем ее ферментации, но пока уступает другим способам переработки по эффективности. Развитие методов генетической инженерии микроорганизмов и применение методов системной биологии позволит создать более эффективные продуценты, а на их основе – более совершенные биотехнологические процессы.