Ученые Института катализа СО РАН при поддержке РНФ разработали отечественные катализаторы получения изобутилена с максимальным выходом

Эта разработка актуальна в условиях снижения отечественного рынка производства изобутилена. Институт катализа СО РАН Москва, 24 янв - ИА Neftegaz.RU. Ученые ФИЦ Институт катализа СО РАН (ИК СО РАН) при поддержке РНФ создали катализаторы для производства изобутилена популярного компонента для химической промышленности.
Об этом сообщила пресс-служба ИК СО РАН.

Российским специалистам удалось решить проблемы дороговизны и токсичности, которые есть в существующих системах.
Доля выхода изобутилена составила рекордные 45%.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ и Правительства Новосибирской области ( 24-23-20066).

Ситуация на рынке

Изобутилен - один из самых востребованных продуктов для химической промышленности.
На его основе производят растворители, аэрозоли, хладагенты, полимеры, повышают качество топлива, производят другие ценные для химпрома компоненты.

Объем мирового рынка изобутилена и его производных растет:

• в 2023 г. он оценивался в 28,6 млрд долл. США,
• к 2030 г. прогнозируется достижение 38,9 млрд долл. США,
• среднегодовой темп роста - 4,5%.

Несмотря на мировой рост, в России наблюдается обратная ситуация - из-за ковидных ограничений и последующих санкций объем производства снизился с 2019 г. на 30%.
Особенно сильно это сказалось на бутилкаучуке - ключевом компоненте для автомобильной промышленности.
В связи с этим, отечественные технологии получения изобутилена критически важны.

При чем тут оксид циркония?

В настоящее время в производстве изобутилена методом дегидрирования изобутана используют 2 типа катализатора - на основе платины и хрома.
И у них есть заметные недостатки.

Тезисы младшего научного сотрудника отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН А. Нашивочникова:

• платиновые катализаторы обладают достаточно высокой стоимостью, тогда как хромсодержащие катализаторы высокотоксичны;
• поэтому исследователи прикладывают значительные усилия в поиске новых эффективных и, в то же время, недорогих и экологически безопасных катализаторов дегидрирования;
• тут на сцену выходит оксид циркония;
• долгие годы его исследовали в дегидрировании, но как носитель катализатора;
• и совсем недавно было обнаружено, что он проявляет собственную высокую активность, не уступая промышленным катализаторам, но при этом доступен и не токсичен.

Оксид циркония интересен тем, что работает сам по себе - ему не нужен носитель.
Он активен за счет кислородных вакансий - чем больше активных центров дегидрирования, тем он эффективнее работает.

Ученые с помощью лазера синтезировали в восстановительной атмосфере системы с увеличенным числом кислородных вакансий, запустили реакцию дегидрирования изобутана и получили один из самых высоких описанных в литературе результатов - 45% выхода изобутилена.

Тезисы А. Нашивочникова:

• лазером катализатор пока еще никто не синтезировал;
• мы занимаемся дизайном наноматериалов, и собираем и разбираем наши системы как кубики;
• мы решили попробовать испарить материал в восстановительной атмосфере и создать как можно больше нужных нам кислородных вакансий;
• и это дало результат: очень большой рост активности катализатора, полученного в атмосфере гелия и водорода.

Напомним, что ранее специалисты ИК СО РАН разработали технологию создания блочных катализаторов на основе оксида алюминия с помощью 3D-печати (аддитивных технологий).

Эти катализаторы:

• отличаются улучшенными диффузионными характеристиками, высокой прочностью и теплообменными свойствами,
• могут эффективно применяться в гидропроцессах в сферах нефтепереработки и нефтехимии.