На главную

 
Научные подразделения Центра
Научная библиотека
Научные советы
Издательская деятельность
История ИК СО РАН
Версия для печати | Главная > Центр > Научные советы > Научный совет по катализу > ... > 2006 год > № 37

№ 37

Обложка

СОДЕРЖАНИЕ

HАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО КАТАЛИЗУ ОХНМ РАН
Отчет о научно-организационной деятельности в 2005 году

Приоритеты по катализу в России

Важнейшие научные достижения
в области катализа за 2003-2005 гг

За рубежом




Отчет о научно-организационной деятельности в 2005 году

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


Приоритеты по катализу в России

Переход к разделу

Приоритеты по катализу в России

Настоящий перечень приоритетов разработан Научным советом по катализу РАН и рядом российских специалистов, активно работающих в области катализа, с целью формирования госзаказов на проведение НИОКР в области катализа. За прототип Перечня взят исходный документ, утвержденный в США как официальный перечень национальных приоритетов до 2020 г. (см."The Chemical Journal", N 7, 2003).

Структура НИОКР в области катализа исторически и логически сложилась во второй половине XX века и включает в себя следующие разделы:

  1. Разработка научных основ предвидения каталитического действия и управления каталитической активностью и селективностью катализаторов. Стабильность, долговечность и дезактивация катализаторов.
  2. Разработка научных основ приготовления и технологии катализаторов, носителей и адсорбентов.
  3. Теоретические основы химической каталитической технологии. Математическое моделирование и разработка каталитических реакторов и процессов.
  4. Разработка новых и усовершенствование существующих катализаторов и каталитических процессов.

Тем не менее, в связи с тем, что обсуждаемый Перечень приоритетов предполагается использовать для формирования госзаказов в рамках конкурсов Федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники", а также постановки соответствующих исследований в РАН и ВУЗах, обсуждаемый Перечень приоритетов структурирован с позиции не логики науки о катализе и развития конкретных, часто принципиально различающихся научных и инженерных подходов к решению существующих проблем катализа, а с точки зрения постановки решения конкретных целевых задач в применении прежде всего к проблемам России. Такой подход, по нашему мнению, должен существенно облегчить действия рабочих групп Минобрнауки России и Агентства по науке инновациям при подготовке тематики конкурсов, объявляемых вышеозначенной ФЦНТП.

В выработке прилагаемого перечня "Приоритетов по катализу в России" приняли участие следующие члены Научного совета по катализу ОХНМ РАН:
академик РАН И.П. Белецкая (МГУ, Москва)
академик РАН В.В. Лунин (МГУ, Москва)
академик РАН Ю.Б. Монаков (ИОХ УрО РАН, Уфа)
академик РАН В.Н. Пармон (ИК СО РАН, Новосибирск)
член-корр. РАН Р.А. Буянов (ИК СО РАН, Новосибирск)
член-корр. РАН У.М. Джемилев (ИНХК РАН, Уфа)
член-корр. РАН А.А. Лапидус (ИОХ РАН, Москва)
д.х.н. А.С. Белый (ИППУ СО РАН, Омск)
д.т.н. В. Бесков (МУСИС, Москва)
д.х.н. Ф.И. Далидчик (ИХФ РАН, Москва)
д.х.н. В.К. Дуплякин (ИППУ СО РАН, Омск)
д.х.н. В.А. Захаров (ИК СО РАН, Новосибирск)
д.х.н. И.И. Иванова (МГУ, Москва)
д.х.н. Ю.Г. Кряжев (ИППУ СО РАН, Омск)
д.т.н. А.С. Носков (ИК СО РАН, Новосибирск)
д.х.н. Г.И. Панов (ИК СО РАН, Новосибирск)
д.х.н. А. Помогайло (ИХФ РАН, Москва)
д.х.н. Н.Я. Усачев (ИОХ РАН, Москва)
д.х.н. В.М. Фролов (ИНХС РАН, Москва)
д.х.н. Б.Р. Шуб (ИХФ РАН, Москва)
д.х.н. В.Б. Шур (ИНЭОС РАН, Москва)
д.х.н. В.Ф. Швец (РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва)
д.х.н. П.Г. Цырульников (ИППУ СО РАН, Омск)
к.х.н. В.П. Доронин (ИППУ СО РАН, Омск)
к.т.н. М.С. Цеханович (ИППУ СО РАН, Омск)

  1. Приоритеты, связанные с получением фундаментальных знаний

    1.1. Высокопроизводительный синтез и тестирование катализаторов:

    • Разработка методов высокопроизводительного синтеза каталитических материалов путем объединения усилий в области теоретических и экспериментальных исследований катализаторов и каталитических процессов, в том числе, с широким использованием математического и компьютерного моделирования.
    • Разработка методик экспресс-тестирования каталитических материалов в различных процессах, обеспечивающих резкое сокращение времени анализа путем его автоматизации и организации параллельной работы.
    • Разработка протоколов скрининга (испытания) большого числа опытных образцов катализаторов с целью оперативного выявления наиболее перспективных каталитических материалов, в том числе, при повышенных давлениях.
    • Разработка высокопроизводительных методик исследования кинетики каталитических процессов в стационарных и нестационарных условиях.
    • Создание новых высокопроизводительных и стабильных катализаторов с селективностью, близкой к 100 %, путем контролируемого формирования их структуры и состава активных центров (молекулярного дизайна активных центров катализаторов).
    • Создание высокопроизводительных методов синтеза наноструктурированных катализаторов, включая цеолиты, мезофазные оксидные материалы, углеродные, металлические и неорганичесике нанотрубки и нановолокна.

    1.2. Методы in situ:

    • Разработка методов in situ локального химического и структурного анализа состава поверхности с атомным разрешением, а также экспресс-анализа текстуры и структуры катализаторов и носителей, применимых в реальных условиях их функционирования.
    • Разработка методов прямого in situ наблюдения за состоянием катализатора и превращением реагирующих веществ непосредственно в ходе каталитических реакций.
    • Разработка методов in situ контроля за формированием структуры катализатора и состава активных центров в ходе его приготовления.
    • Разработка на основе данных, полученных методами in situ, алгоритмов прогнозирования, способствующих ускоренному созданию новых высокоэффективных катализаторов для конкретных химических процессов.

    1.3.Теоретические подходы и расчетные методы:

    • Разработка методов квантовохимического расчета, позволяющих оперировать структурами, включающими более 100 атомов.
    • Разработка методов количественного расчета констант скорости элементарных процессов на поверхности катализатора.
    • Разработка методов прогнозирования влияния размера активного компонента катализаторов (эффекта наноразмерности) на их свойства.
    • Разработка математических моделей сложных химических реакций, протекающих на пористых катализаторах в условиях диффузионного торможения, а также нестационарных каталитических процессов.
    • Разработка методов описания действия многоцентровых (полифункциональных) каталитических систем.
    • Сравнительный анализ результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных, полученных в реальных условиях функционирования катализатора, с целью оценки прогностических возможностей расчетных методов.
    • Разработка теоретических методов расчета полицентровых (кинетически неоднородных) каталитических систем с целью направленного создания одноцентровых катализаторов.
    • Демонстрация прогностических возможностей теоретических методов в описании свойств новых материалов.

    1.4.Селективное окисление:

    • Исследование различных форм кислорода на поверхности металлических и оксидных катализаторов, а также установление роли этих форм в активации органических молекул и элементарных стадиях окислительных процессов.
    • Поиск новых путей и методов активации молекулярного кислорода и использование нетрадиционных окислителей.
    • Выявление ключевых факторов, определяющих селективность катализаторов парциального и глубокого окисления и окислительного дегидрирования алканов, окисления и эпоксидирования олефинов, ароматических углеводородов и их производных.
    • Разработка новых катализаторов для селективного окисления органических субстратов различных классов.

    1.5.Активация и функционализация алканов:

    • Установление основных закономерностей и путей контролируемой активации С-Н связей металлами, оксидами, металлокомплексами, кластерами металлов и твердыми кислотами.
    • Поиск новых способов селективного превращения метана в продукты с большей молекулярной массой.
    • Разработка новых катализаторов для процессов переработки низших алканов в ценные продукты, прежде всего в олефины и оксигенаты.
    • Разработка катализаторов крекинга алканов.

    1.6.Функционализация олефинов, диенов и ацетиленов:

    • Разработка катализаторов гидроаминирования олефинов, диенов и ацетиленов с получением высших индивидуальных аминов.
    • Селективная функционализация алканов, олефинов, диенов, ацетиленов, полиолефинов, полидиенов и фуллеренов с помощью малых молекул CO, CO2, H2S, SO2, NO, H2O2, H2O, HCN, NH3, RNH2, CH2O, HCl, Cl2, Br2.

    1.7.Активация молекулярного азота:

    • Создание эффективных функциональных моделей нитрогеназы.
    • Поиск новых способов и катализаторов низкотемпературного синтеза аммиака из N2 и H2.

    1.8.Селективный тонкий органический синтез:

    • Разработка катализаторов селективного создания связей углерод-углерод и углерод-гетероатом для различных классов синтонов.
    • Разработка методов энантиоселективного синтеза биологически активных веществ, лекарственных препаратов и витаминов, обеспечивающих высокий энантиоселективный избыток.
    • Разработка новых катализаторов регио- и энантиоселективного синтеза органических веществ, в том числе, на основе иммобилизованных металлокомплексов и функционализированных мезопористых материалов.
    • Гетерогенные и металлокомплексные катализаторы в химии металлоорганических соединений непереходных металлов – новые нетрадиционные химические технологии.

    1.9.Алкилирование, трансалкилирование и диспропорционирование:

    • Выявление факторов, влияющих на силу и жесткость кислотных центров твердых кислотных катализаторов.
    • Разработка твердых кислотных катализаторов алкилирования с устойчивой активностью, способных функционировать при низких температурах.
    • Разработка твердых кислотных катализаторов на основе цеолитов для селективного получения пара-изомерных производных бензола.

    1.10. Олигомеризация и полимеризация олефинов, диенов и ацетиленов:

    • Разработка катализаторов селективной линейной и циклической олигомеризации непредельных соединений.
    • Разработка методов контроля структуры и состава полимеров путем целенаправленного регулирования состава и структуры активных центов катализаторов полимеризации.
    • Разработка новых классов одноцентровых (single site) катализаторов полимеризации, в том числе на основе иммобилизованных металлоценов и постметаллоцентровых композиций.
    • Разработка гетерогенных полицентровых катализаторов полимеризации с заданным соотношением активных центров различного типа.
    • Разработка катализаторов для получения полиолефинов с различными функциональнми группами.
    • Разработка гетерогенных катализаторов для синтеза хиральных полимеров.

    1.11.Ферментативный и биомиметический катализ:

    • Создание эффективных функциональных моделей основных биологических процессов.
    • Разработка методов иммобилизации ферментов с сохранением и закреплением их свойств.
    • Оптимизация свойств ферментов методами генной инженерии.

    1.12. Альтернативное и возобновляемое сырье:

    • Разработка катализаторов для деполимеризации смешанных полимеров, включая биополимеры возобновляемого сырья.
    • Разработка катализаторов для синтеза моторных топлив и ценных химических продуктов из СО, СО2 и метана.
    • Разработка катализаторов и каталитических процессов для превращения целлюлозы, углеводов и лигнинов в ценные химические продукты.
    • Разработка новых поколений катализаторов и каталитических процессов пиролиза, газификации и контролируемого термоокисления полимеров техногенного и биологического происхождения.

    1.13. Минимизация побочных продуктов и отходов:

    • Создание банка данных по процессам каталитического синтеза наиболее важных в промышленном отношении продуктов, обеспечивающих не менее чем 90 %-е выходы при отсутствии токсичных побочных продуктов.
    • Разработка высокоактивных катализаторов для прямого термокаталитического разложения оксидов азота в N2 и О2 в присутствии паров воды и избытка кислорода, а также других веществ, являющихся каталитическими ядами или ингибиторами процесса.
    • Разработка высокоактивных низкотемпературных катализаторов для полного окисления метана и летучих органических веществ.
    • Разработка высокоэффективных катализаторов для гидрогенолиза хлорсодержащих органических веществ в RH и HCl.
    • Разработка новых твердых катализаторов на основе синтетических молекулярных сит с целью замены минеральных кислот и галогенидов металлов, в том числе, нанесенных на твердые носители, как катализаторов основного органического и нефтехимического синтеза.
    • Разработка твердых основных катализаторов для замены гомогенных активных катализаторов процессов органического синтеза.
    • Улучшение существующих технологических процессов с целью сокращения выбросов в атмосферу СО2 как побочного продукта.
    • Разработка катализаторов для удаления серы из минерального сырья и селективного превращения SOх в ценные продукты.
    • Разработка катализаторов для очистки выхлопов дизельных двигателей и окисления сажи.
    • Разработка катализаторов для производства промышленно значимых продуктов, функционирующих при более низких температурах и давлениях по сравнению с характерными для современных технологических процессов.
    • Поиск новых реакций для синтеза известных химических продуктов более эффективными путями.

    1.14. Повышение срока службы гетерогенных катализаторов:

    • Выявление основных факторов, определяющих длительность безрегенерационного пробега основных промышленных катализаторов.
    • Разработка гетерогенных катализаторов для промышленных процессов нефтепереработки, нефтехимии и основного органического синтеза, устойчивых к коксообразованию и каталитическим ядам.
    • Разработка эффективных методов регенерации дезактивированных и отравленных катализаторов.
    • Разработка методов прогнозирования сроков службы гетерогенных катализаторов на основе их физико-химических характеристик.

    1.15. Методы интенсификации протекания каталитических процессов:

    • Математическое моделирование и оптимизация конструкции каталитических реакторов, в том числе с использованием методов вычислительной аэродинамики.
    • Оптимизация формы и геометрическое структурирование катализатора и его размещения в реакторе.
    • Разработка конструкций реакторов с улучшенными параметрами тепло- и массопереноса, в том числе через поверхность газ-жидкость.
    • Совмещение каталитических гетерогенных и некаталитических (радикальных) гомогенных процессов в одном реакторе.
    • Использование приемов хемосорбции для смещения химического равновесия в реакторе.
    • Использование подходов каталитической ректификации при конструировании реакторов.
    • Использование мембран и мембранных катализаторов, в том числе для смещения химического равновесия.
    • Воздействие светом, СВЧ излучением и иными видами мягкого и жесткого электромагнитного излучения в ходе каталитического процесса.
    • Воздействие звуком на каталитический процесс.
    • Механическое и кавитационное воздействие на каталитический процесс.

    1.17.Технологии катализаторов:

    • Разработка современных методов формования катализаторов (каталитические элементы специальной формы непосредственно из каталитической массы, высокопроницаемые ячеистые элементы, блочно-зернистые и блочно-сотовые элементы и др.) с компьютерным моделированием технологических процессов с их использованием.
    • Разработка методов прогнозирования процессов в технологических аппаратах производства катализаторов с их компьютерным моделированием, обеспечивающих ускоренную промышленную реализацию новых разработок и многономенклатурное производство катализаторов в перестраиваемых технологических системах.
    • Разработка эффективных методов контроля всех стадий производства катализаторов; разработка методов и приборов испытания и тестирования промышленных катализаторов.

  2. Приоритеты, связанные с особенностью промышленности России:

    2.1. Переработка метана и С2–С4 алканов в моторные топлива и ценные продукты.

    2.2. Новые технологии и методы получения олефинов из алканов.

    2.3. Увеличение срока службы катализаторов промышленных процессов ароматизации.

    2.4. Переработка мазута и иных тяжелых нефтяных остатков в светлые продукты.

    2.5.Эффективные технологии производства бензола и других моноароматических соединений из доступного сырья.

    2.6.Радикальная модернизация технологий производства носителей и катализаторов

  3. Приоритеты, связанные с необходимостью устранить отставание России в науке и технологиях:

    3.1. Каталитические микрореакторы для разных сфер применения.

    3.2. Энантиоселективный каталитический синтез.

    3.3. "Комбинаторный" катализ, в том числе аппаратура для быстрого приготовления и тестирования катализаторов и программное обеспечение.

    3.4. In situ методы исследования катализаторов и каталитических процессов.

    3.5. Синтез цеолитов и мезопористых материалов с регулируемым размером кристаллов и пор.

    3.6. Каталитические процессы в сверхкритических условиях.

    3.7. Каталитические процессы, совмещенные с ректификацией.

    3.8.Процессы синтеза конденсированных форм углерода.

    3.9. Каталитический синтез конструкционных биоразлагаемых полимеров.

    3.10.Каталитические системы на основе ионных жидкостей.

  4. Приоритеты, связанные с восстановлением и развитием промышленности России на срок до 2010 года:

    4.1. Твердые кислотные катализаторы для замены минеральных кислоты и галогенидов металлов как катализаторов.

    4.2. Катализаторы для очистки автомобильных выхлопов.

    4.3. Катализаторы и технологии глубокой (до 1–10 ppm) очистки моторных топлив от серы и гидрокрекинга нефтяных фракций.

    4.4. Катализаторы изомеризации углеводородов.

    4.5. Катализаторы полимеризации олефинов для производства полимеров с заданными свойствами.

    4.6. Катализаторы и процессы глубокой переработки нефтяного сырья, включая базовые процессы нефтепереработки.

    4.7. Использование каталитических процессов в автономной и централизованной энергетике.

    4.8. Каталитические методы переработки возобновляемого сырья в высококачественные виды топлив и ценные химические продукты.

    4.9.Каталитические методы получения чистого водорода.


Важнейшие научные достижения в области катализа за 2003 -2005 гг.

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


За рубежом

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть



Copyright © catalysis.ru 2005-2023
Политика конфиденциальности в отношении обработки персональных данных