Ученые разработали новый способ повышения эффективности процессов гидрирования

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Волгоградского государственного технического университета синтезировали и исследовали новую группу прекурсоров процессов гидрирования на основе фуранкарбоксилатных комплексов меди (II) с аминопиридинами, способные формировать поверхности с высокой каталитической активностью. Результаты работы опубликованы в журнале Dalton transactions.

В процессах органического синтеза, нефтехимии и нефтепереработки в промышленной практике широко применяются реакции гидрирования непредельных углеводородов, кислород- и азотсодержащих органических соединений, эффективность которых в значительной мере обусловлена применением гетерогенных катализаторов. На сегодняшний день таковыми выступают благородные металлы (платина, палладий, родий, рутений), но активно ведется поиск новых каталитических систем с высокой удельной производительностью, способных в более мягких условиях (особенно, при атмосферном давлении водорода) осуществлять получение ценных химических продуктов. Создание «правильной» поверхности в гетерогенном катализе является важным условием оптимальной работы ряда каталитических систем, например, гидрирования нитробензола и дициклопентадиена, применяемых в фармацевтической промышленности, производстве полиуретанов и реактивного топлива.

Научный коллектив из Москвы и Волгограда разработал и экспериментально опробировал новый тип систем для тонкой настройки процессов гидрирования в гетерогенном катализе при атмосферном давлении и низких температурах на основе комплексов меди.

«Нами были разработаны ряд систем на основе комплексов меди(II) с 2- / 3-фуранкарбоновыми кислотами и аминопиридинами, различающиеся по данным рентгеноструктурного анализа пространственным расположением лигандов (транс- и цис-формы). И оказалось, что это важный фактор при формировании будущей каталитической поверхности – подобные работы на сегодняшний день являются пионерскими. В ходе экспериментов оказалось, что пространственная структура комплекса (прекатализатора) влияет на морфологию образующейся активной фазы меди (представленная металлическими частицами меди), а значит на активность, селективность и стабильность получаемых катализаторов. Коллеги из ВолгГТУ провели эксперименты по гидрированию дициклопентадиена в условиях непрерывного процесса и восстановлению нитробензола в периодических условиях.

Для непрерывного гидрирования дициклопентадиена лучшие результаты показал образец с более мелкодисперсным распределением меди на основе 3-фуранкарбоновой кислоты, который продемонстрировал 100% селективность по продукту селективного восстановления при 48% конверсии с хорошими показателями стабильности работы в потоке. Гидрирование же нитробензола в жидкой фазе с использованием боргидрида натрия в качестве источника водорода показало, что катализаторы, полученные на основе 2-фуранкарбоновой кислоты продемонстрировали 100% выход анилина (важный технологический продукт химической промышленности) в течение трех каталитических циклов, тогда как применяемые катализаторы на основе комплексов с 3-фуранкарбоновой - теряют свою активность уже во втором цикле. Таким образом, создание нового класса катализаторов на основе металлических частиц способно кардинально изменять каталитические свойства и возможность реактивации как для периодических, так и для проточных энергоэффективных высокопроизводительных процессов гидрирования при атмосферном давлении водорода, открывая новые горизонты в области контроля морфологии для этого типа катализаторов», - прокомментировала исследование ведущий научный сотрудник Лаборатории химии координационных полиядерных соединений ИОНХ РАН, доктор химических наук Ирина Луценко.

В перспективе, авторы планируют наиболее эффективные поверхности модифицировать редкоземельными элементами, поскольку они способны к высокому внедрению в структуру носителя, последующему увеличению дисперсности металла при структурировании катализатора, что положительно влияет на каталитическую активность.

Работа выполнена в рамках Государственного задания № 075-00276-25-00 Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.