| Аннотация |
Каталитическая конверсия малых С1–С4 алканов в ценные ароматические углеводороды на цеолитных катализаторах вызывает большой интерес у научного сообщества уже несколько десятилетий. Обнаружено, что модифицирование цеолитов металлами 12-13 групп (Zn, Ga, In), приводит к значительному увеличению эффективности превращения алканов в ароматические продукты. В то время как Zn и Ga-модифицированные цеолиты хорошо исследованы за последние несколько десятилетий на предмет выявления активных центров и механизма ароматизации, In-содержащие цеолиты, проявляющие сопоставимую активность и даже превосходство этих цеолитов над цинк- и галлий- содержащими цеолитами в отношении конверсии алканов и селективности по ароматическим продуктам, изучались в заметно меньшей степени. В ходе выполнения проекта 2022 были установлены основные закономерности активации и превращения малых алканов состава С3–С4 на In-модифицированных цеолитах. Определена природа индиевых центров, ответственных за синергетическое действие индиевых центров и бренстедовских кислотных центров (БКЦ) в активации алканов, выявлены основные направления и механизмы превращения по каждому из направлений. Однако закономерности превращения для наиболее инертных из алканов, метана и этана, остались не исследованными. Целью проекта 2025 является выяснение роли различных индиевых центров, катионных частиц, In+ и InO+, введённых в цеолит, и БКЦ в активации метана и этана и установлении направлений и механизмов их превращения на In-модифицированных цеолитах.
Выполнение проекта будет включать следующие основные этапы:
1. Синтеза In-модифицированного высококремнезёмистого цеолита BEA, содержащего индиевые центры исключительно в виде катионов In+ (образец In+/H-BEA) или InO+ (образец InO+/H-BEA), по методике, разработанной в ходе реализации проекта 2022.
2. Комплексная характеристика полученных образцов In-содержащего цеолита физико-химическими методами: хим. анализ, РФА, РФЭС, EXAFS, ИК- и ЯМР спектроскопия.
3. Установление механизмов активации С1, С2 алканов на цеолитах In+/HBEA и InO+/H-BEA. Выяснение роли БКЦ и различных частиц индия в активации связей С–Н алканов. Установление наличия синергизма БКЦ и различных частиц индия в активации связей С–Н алканов.
4. Установление возможных направлений превращения (ароматизация и/или окисление) С1, C2 алканов на In-модифицированных цеолитах, содержащих разные частицы индия. Установление механизмов превращения по выявленным направлениям. Идентификация первичных интермедиатов, образующихся при взаимодействии алканов с частицами индия, методами 13C ЯМР ВМУ и ИК-
спектроскопии.
5. Установление влияния молекулярного кислорода, введенного в систему, на превращения С1, С2 алканов по различным направлениям- ароматизации и окисления.
6. Анализ взаимодействия этилена, как ожидаемого интермедиата при первичном дегидрировании этана, с исследуемыми цеолитами с целью идентификации продуктов его взаимодействия, определения их строения, что позволит глубже понять механизм превращения этана в ароматические продукты.
7. Проведение теоретических расчетов с использованием теории функционал плотности (DFT) с целью выявления наиболее вероятных путей активации и превращения малых алканов в ароматические углеводороды и продукты неполного окисления на In-модифицированных цеолитах BEА и/или ZSM-5 с учетом экспериментально наблюдаемых интермедиатов и установленных частиц, ответственных за ароматизацию и окисление алканов.
Полученная информация фундаментального характера внесет существенный вклад в понимание механизмов активации и превращения метана и этана на индий-модифицированных цеолитах, позволит выяснить роль различных индиевых центров и бренстедовских кислотных центров в реакциях ароматизации и окисления алканов на этих катализаторах, заложит базис для рационального конструирования и эксплуатации гетерогенных катализаторов ароматизации и
селективного окисления С1, С2 алканов на основе цеолитов, модифицированных индием.
|
