Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2005 номер 6

Рассмотрены свойства и способы получения диметилового эфира (ДМЭ) - нового энергоносителя с улучшенными экологическими свойствами. При использовании новейших достижений (риформинг природного газа, основанный на опыте создания ракетных технологий, прямой синтез ДМЭ из синтез-газа) можно ожидать, что диметиловый эфир окажется конкурентоспособным по сравнению с традиционными топливами. Так же, как и метанол, ДМЭ легко перерабатывается в высокооктановый бензин, но в отличие от синтеза метанола синтез ДМЭ мало чувствителен к составу синтез-газа (т. е. к природе сырья), что позволяет рассматривать схему переработки "углеродсодержащее сырье ® синтез-газ ® ДМЭ ® бензин" как универсальную для получения синтетических моторных топлив. Обсуждена возможность использования парового риформинга метанола для получения чистого водорода для топливных элементов. Современные катализаторы и методы очистки уже могут обеспечить переработку метанола в чистый водород с производительностью, в принципе приемлемой для размещения соответствующих устройств на борту транспортного средства. Для полноты очистки от СО при селективном окислении существенное значение имеет макрокинетический режим реакции.

Рассмотрены возможности применения новых технологий для удаления оксидов азота из отходящих газов дизельных двигателей, которые основаны на использовании стационарных и нестационарных каталитических процессов восстановления оксидов азота дизельным топливом или продуктами его селективной трансформации в синтез-газ или олефины в компактных генераторах. Установлено, что использование синтез-газа в смеси с основным топливом бензиновых или дизельных двигателей позволяет резко снизить выбросы вредных компонентов и повысить эффективность работы двигателей, в особенности при использовании ультрабедных смесей. Показана перспективность использования сложных оксидных систем с высокой подвижностью кислорода в качестве катализаторов процессов окисления частиц сажи с участием оксидов азота, способствующих удалению обоих типов вредных примесей.

Рассмотрены основные закономерности термического сольволиза резиновой крошки в органических растворителях и варианты его применения для утилизации отработанных шин. Показаны преимущества технологии переработки шин с использованием в качестве растворителя тяжелых нефтяных остатков.

Приведены результаты лабораторных и пилотных исследований стекловолокнистых катализаторов для процессов очистки отходящих газов дизельных двигателей от выбросов вредных веществ. Показано, что такие катализаторы обеспечивают высокую степень окисления СО и углеводородов, а также восстановление оксидов азота в отходящих газах реальных дизельных двигателей.

Установлено, что термическое разложение впервые полученных двойных комплексов состава [Co(NH₃)₅Cl][M*Cl₄] (M*= Pt и Pd) и [M(NH₃)_x][M*Cl_y] (M= Cu, Ni) можно использовать для получения бинарных катализаторов с равномерным распределением активных компонентов. Разработан метод направленного формирования многофункциональных зон на поверхности катализаторов Pt-Ni/g-Al₂O₃ и Pd-Co/g-Al₂O₃, что существенно увеличивает их активность. В результате изучения конверсии газовой смеси на этих катализаторах установлена возможность сегрегативного взаимодействия NO и CO. Показано, что неаддитивное увеличение каталитической активности бинарных катализаторов обусловлено кислородной депассивацией центров Pt и Pd вследствие спилловера кислорода, образующегося при разложении NO. Предложен механизм спилловера кислорода, смысл которого заключается в реализации нового реакционного пути слабо связанных состояний адсорбатов.

Разработаны составы оригинальных каталитических композиций для очистки газовых выбросов автомобильного транспорта на основе не содержащих благородных металлов катализаторов: НТК-10-1, СТК и Ni-Cr-оксидного, которые в этих процессах ранее не использовались. Высокая активность разработанных каталитических композиций обусловлена эффектом синергизма, впервые открытым и изученным на механических смесях промышленных катализаторов. Исследование механизма реакции селективного восстановления NO_x пропаном на индивидуальных промышленных катализаторах показало, что эффект синергизма, наблюдаемый на их бинарных механических смесях, обусловлен протеканием окислительной активации пропана на поверхности катализаторов СТК и Ni-Cr-оксидного с образованием более эффективных восстанавливающих агентов - пропилена и водорода соответственно. Благодаря межфазной диффузии, последние попадают через газовую фазу на поверхность катализатора НТК-10-1, активирующего NO_x.

Разработан новый метод синтеза блочных катализаторов составов 0.1%Pd-2.9%CuO/γ-Al₂O₃ и 0.1%Pd-2.9%CuCo₂O₄/γ-Al₂O₃, изучены их каталитические свойства в реакциях нейтрализации токсичных компонентов выхлопных газов: окислении CO, глубоком окислении углеводородов и восстановлении NO_x пропаном. Показано, что, благодаря более высокой удельной поверхности и дисперсности синтезированных методом горения активных компонентов, активность данных катализаторов в указанных реакциях существенно выше по сравнению с образцами, приготовленными стандартным методом.

Описаны принцип создания и триботехнические испытания листового металлофторопластового материала на стальной подложке. Выбраны оптимальный состав его рабочего слоя и способ легирования поверхности стальной обратной пары. Испытания показали, что разработанный материал превосходит отечественные промышленные аналоги. Так, при содержании в рабочем слое нового материала 20-25% (по объему) медных сплавов, 50-55% (по объему) Ф-4 и 25-30% (по объему) Pb фактор pV для 1000 ч непрерывной работы в условиях сухого трения по диффузионно-борированной стали 45 с допустимым износом 200мкм достигает 2МПаЧ1м/с.

Исследованы коллоидно-химические свойства поверхностно-активных веществ различных классов и битумов, исследовано их взаимодействие с минеральным материалом. Предложены новые материалы и эмульсионные технологии для устройства дорожных покрытий, позволяющие повысить качество и эксплуатационные характеристики дорожного полотна.

Исследованы реакции окисления сажи в смеси О₂ + гелий и O₂ + NO₂ + гелий с участием замещенных перовскитов на основе манганита лантана и модифицированных флюоритов на основе твердого раствора Ce-Zr-O, в том числе промотированных небольшим количеством платины. Показано, что эффективность окисления сажи выше в смеси, содержащей диоксид азота. Установлено, что для инициирования окисления сажи необходимо наличие слабосвязанного поверхностного кислорода, а для процесса развитого окисления сажи - подвижность решеточного кислорода.

Разработана новая каталитическая система для получения синтетических олигодеценовых масел для автомобильного транспорта, в состав которой входят металлический алюминий с размером частиц 4-40мкм, алкилалюминийгалогенид (в частности (C₂H₅)_1.5AlCl_1.5), галоидорганическое соединение (в частности, трет-бутилхлорид (CH₃)₃CCl). Показано, что в сочетании с трубчато-щелевым реактором олигомеризации ее применение позволяет комплексно решать основные проблемы получения олигодеценовых масел. Полученные результаты подтверждены на пилотных установках и воплощены в проекте Нижнекамского завода синтетических масел.

Исследована возможность тонкой очистки водорода от СО методом предпочтительного гидрирования оксида углерода (II) в метан до остаточного содержания СО 1000ррм. Для создания компактного аппарата подготовки водорода для топливных элементов предложен эффективный никельсодержащий катализатор, обеспечивающий требуемые показатели по глубине очистки (не выше 1000ppm CO на выходе), селективности (не менее 70% метана образуется из СО) и уровню активности (время контакта не более 6000ч^-1).

Приведены результаты исследований по разработке новых износостойких полимерных композиционных материалов для узлов трения на основе политетрафторэтилена и сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированных неорганическими соединениями нанометрового размера. Показано, что их использование в кристаллизующихся полимерах эффективно влияет на изменение свойств материалов и способствует интенсификации структурных процессов в полимерах при кристаллизации.

Выполнены экспериментальные работы, позволившие провести анализ путей решения задач одновременного снижения расхода традиционного топлива, змиссии токсичных и парникового газов в короткий срок. Показано, что путем модернизации двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих на традиционном топливе, возможно выполнение нормы 140г/км СО₂; использование альтернативных топлив существенно расширяет возможности снижения эмиссии СО₂ и повышения КПД; организация работы ДВС на бедной гомогенной смеси позволяет существенно повысить его КПД. Результаты исследований рабочего процесса ДВС показали возможность его работы на бедных гомогенных смесях с повышением КПД ДВС на расчетном режиме в среднем с 23 до 32-34%. Установлено, что энергоустановки, работающие на водороде, способны обеспечить нулевую эмиссию СО₂. Сформулирована концепция перехода к использованию водорода в качестве топлива наиболее эффективным путем.

Рассмотрены вопросы, касающиеся производства дизельных топлив и автобензинов на малотоннажных установках, которые предназначены для переработки нефти и газового конденсата в моторные топлива. Показано, что для большого ряда нефтяных и газоконденсатных месторождений прямогонные дизельные фракции по своим физико-химическим свойствам соответствуют требованиям нормативов, предъявляемым к дизельным топливам. В ряде случае сортные дизельные топлива можно получать, варьируя фракционный состав и/или применяя соответствующие присадки. Для производства сортных автобензинов на малотоннажных установках наиболее оптимальным является процесс "Цеоформинг", основанный на использовании цеолитсодержащего катализатора. Показано, что, варьируя условия ведения процесса, можно производить бензины необходимых марок (от АИ-80 до АИ-96, летних и зимних видов) из низкооктановых углеводородных фракций различного происхождения без предварительной серо- или гидроочистки и применения водородсодержащего газа. По сравнению с риформингом бензины, получающиеся в процессе цеоформинга, характеризуются более низким содержанием ароматических углеводородов, в особенности бензола.

Проведено сравнительное исследование активности синтезированных нанесенных Cu,Со/Y_xCe_yZr_1-x-yO₂ и Au-, Pt-содержащих каталитических систем в реакции низкотемпературного селективного окисления СО в водородосодержащих газовых смесях. Показано, что эти системы обеспечивают высокую степень конверсии СО и селективности по О₂ в интервале температур до 150^оС. Установлено, что наибольшей активностью обладает Au-содержащий катализатор. Активность и селективность нанокристаллических каталитических систем Cu/Y_xCe_yZr_1-x-yO₂ в указанной реакции выше по сравнению с Pt-содержащими катализаторами, а по селективности они сопоставимы с Au-содержащим образцом. Показано, что использование этих катализаторов позволяет достичь степени очистки водорода от СО с остаточным содержанием последнего около 15 ppm, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к чистоте водорода для топливных элементов.

Рассмотрен комплекс проблем и направлений ускоренного применения фторматериалов для решения ряда задач, стоящих перед автомобильной промышленностью. Показаны примеры обработки резино-технических деталей фторореагентами, которые создают на поверхности резины защитные пленки, приближающиеся по свойствам к фторполимерам. Благодаря этому, используемые материалы не набухают в парах бензина, повышается устойчивость их к стиранию, коэффициент трения понижается и становится сравнимым с коэффициентом трения фторопластов, сохраняются эксплуатационные свойства в условиях облучения светом. Приводятся примеры применения модифицированных фтором акрилатов для создания защитных покрытий от коррозии для металлических узлов автомобиля. Рассматриваются новые разработки по созданию фторсодержащих поверхностно-активных веществ для применения в процессах никелирования и хромирования деталей, обеспечивающие экологически безопасные и чистые условия для работающих на этих участках людей. Обсуждаются вопросы нанесения масло- и водостойких покрытий на стекло. Показана эффективность обработки тканевых материалов внутренней отделки автомобилей, придающая им устойчивость к возгоранию и не создающая пламени при воздействии открытого огня. Предлагаются новые фторсодержащие смазки для механических устройств, которые по своим эксплуатационным свойствам существенно превосходят используемые. Разработана технология получения нового очищающего средства для систем охлаждения автомобильного мотора и карбюратора.

Исследовано влияние наполнения ненасыщенной полиэфирной смолы волластонитом на основные физико-механические и эксплуатационные свойства отвержденного композиционного материала.

Рассмотрено применение содержащих Ni, Cu, Zn, Mn катализаторов на основе алюмокальциевых цементов в каталитических нейтрализаторах выхлопных газов автомобильного транспорта. Показана возможность промотирования изученных систем как нанесением небольших количеств палладия, так и совместной загрузкой катализаторов, не содержащих палладия и содержащих его небольшие количества.

Показана высокая эффективность применения присадок алмазсодержащего углерода в смазках и резинотехнических деталях для двигателей и станков.

Для решения проблем сгорания топлив в двигателях внутреннего сгорания и очистки выхлопных газов могут применяться каталитические покрытия, нанесенные как на цилиндры и поршни, так и на поверхности блочных носителей в системах каталитического дожигания выхлопных газов. Обе задачи в перспективе могут быть решены применением технологичного.

Описаны современные требования к бездымным газогенерирующим композициям для автомобильных мешков безопасности. Проанализированы возможные пути снижения температуры горения и доли токсичных газов в продуктах горения. Исследованы термостойкость потенциальных компонентов газогенерирующих композиций (органических соединений) и фазовое состояние нитрата аммония при температурах от -50 до M^оC. Предложены пути фазовой стабилизации нитрата аммония органическими соединениями, не содержащими металлов или галогенов. Исследованы закономерности горения композиций, и найдены пути существенного повышения скорости горения составов на основе нитрата аммония.

Разработана математическая модель определения качества полимерно-битумного вяжущего для дорожного строительства на основе сырья региональных нефтеперерабатывающих заводов. Полученная на основе исследований по подбору оптимального состава модифицированного дорожного битума модель позволяет прогнозировать качество продукта в зависимости от состава исходного сырья, обеспечивая гибкость процесса получения полимерно-битумного вяжущего.

Предложено комплексное соединение бис(1-винилимидазол)цинкдиацетат для использования в качестве профилактического и лечебного противогипоксического средства при отравлениях СО и другими продуктами, образующимися в результате неполного сгорания топлива в двигателе автомобиля. Разработан эффективный способ его получения, определена молекулярная структура. Установлено, что препарат, кроме всего, обладает антидотными свойствами.