Научные достижения химического факультета
14.11.2022
Химики МГУ в 5 раз улучшили катализатор
для производства пропилена
Научная группа кафедры физической химии Химического
факультета МГУ модифицировала катализатор метатезиса для получения важнейших
соединений промышленности – этилена и пропилена. Ученым удалось увеличить
конверсию вещества почти в 5 раз. Работа выполнена при поддержке РНФ и
опубликована в журнале Journal of Catalysis.
В последнее время мировой рынок
остро ощущает недостаток в производстве пропилена. Больше всего он необходим
для получения полимера - полипропилена. Благодаря свойствам полимера –
термическая, химическая и коррозионная устойчивость – мы можем встретить
полипропилен на каждом шагу: от упаковочной пленки до шумоизоляции в квартире.
До недавнего времени пропилен
получали в качестве одного из продуктов разложения нефти (крекинга). В 1970-х
годах нефтехимические компании нескольких стран разработали установку, которая
может превращать смесь этилена и бутилена в чистый пропилен, и наоборот.
Благодаря обратимости процесса всегда есть возможность сдвинуть равновесие в сторону
продуктов или реагентов, изменяя условия реакции (давление, температуру).
Главное, подобрать параметры процесса.
Основа установки - реакция
метатезиса, которая выглядит как обмен фрагментами
между двумя органическими соединениями с двойной связью: "Эта реакция
очень важна для нас, - рассказывает один из авторов работы, м.н.с. кафедры
физической химии химического факультета МГУ Александр
Никифоров. – Ведь все классические способы получения чистых низших алкенов
требуют больших капитальных затрат, а для процесса метатезиса расходы
значительно меньше, чем для обычного нефтехимического крекинга. Кроме того,
метатезис может быть внедрен в классические установки для крекинга, и на выходе
мы получим этилен и пропилен, соотношение которых сможем варьировать в широких
пределах, в зависимости от потребностей рынка".
Для проведения реакции обычно
используют катализаторы на основе оксидов вольфрама, рения и молибдена.
Последние наиболее перспективны, так как обладают большей стабильностью по
сравнению с другими и довольно высокой активностью. Очень важную роль играет и
подложка, на которую наносится соединение металла. Классический вариант для
подложки – оксид алюминия Al2O3. Совокупность двух оксидов предоставляет
множество каталитических центров с разной активностью и кислотностью. И
основная задача – подобрать параметры системы или модифицировать катализатор
так, чтобы повысить показатели реакции.
Однако сейчас большинство установок
для крекинга нефти перешли на производство этилена (которого нужно тоже очень
много), из-за чего возникла нехватка пропилена.
Научная группа химиков МГУ нашла
интересное решение: они добавили в каталитическую систему фтор, который заменил
некоторые гидроксильные группы на поверхности оксида алюминия. Модификация
изменила характеристики катализатора и, следовательно, его эффективность.
Ученые провели серию опытов с различными количествами фтора, и в результате
получили наиболее удачные условия синтеза – конверсия возросла в 4.7 раз, а
показатель селективности (доля нужной реакции) остался на высоком уровне – 95%.
Хотя открытие нового катализатора
уже может сэкономить промышленникам огромные деньги, в планах научной группы
исследовать системы с фтором более подробно: "Мы отработали методику, и теперь
мы можем нарастить объем экспериментов на базе того, что мы уже знаем, -
рассказывает соавтор работы, сотрудник кафедры физической химии химического факультета
МГУ Евгений
Чесноков. - Так как нам известен наиболее вероятный результат, мы углубимся
в изучение механизма работы фторированных катализаторов. Также мы планируем исследовать
влияние других модификаторов, чтобы сделать катализатор ещё лучше".
Ссылка на статью:
Alexander I.Nikiforov, Andrey G.Popov, Evgeny A.Chesnokov, Irina I.Ivanova
Promoting effect of MoO3/Al2O3 catalysts fluorination on their reactivity in propylene metathesis
Journal of Catalysis Volume 415, November 2022, Pages 58-62
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2022.09.024
Автор текста: Екатерина
Изергина/пресс-служба химического факультета МГУ
Автор фото: Юлия Чернова/ пресс-служба
химического факультета МГУ
