CC BY
0Структурированные катализаторы для приложений водородной энергетики
В.Н.Рогожников, П.В.Снытников, Д.И.Потемкин
ИК СО РАН, 630060, Новосибирск, Новосибирская область, пр. Академика
Лаврентьева, 5
Structured catalysts for production
V.N.Rogozhnikov, P.V.Snytnikov, D.I.Potemkin
Boreskov Institute of Catalysis, 630090, Novosibirsk, Pr. Akademika Lavrentieva, 5
mail: rvn@catalysis.ru DOI 10.24412/cl-37211-FC-2024.7
Доклад посвящён результатам выполненных и продолжающихся работ в Институте катализа СО РАН, которые направлены на разработку различных структурированных катализаторов, их методов синтеза, охарактеризации различными физико-химическими методами и применению в процессах, связанных с водородной энергетикой, в первую очередь получения синтез-газа из различных источников: природного газа, пропанбутановых смесей (сжиженных углеводородных газов - СУГ), спиртов (в первую очередь этанола и бутанола, как перспективных носителей водорода с точки зрения возобновляемых растительных источников), жидких углеводородов (бензина, дизельного топлива) для питания высокотемпературных твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Предложены подходы по изготовлению катализаторов для последующей очистки (дожига) анодных газов от неутилизированных в ТОТЭ монооксида углерода, водорода и метана.
Обобщены данные по функционированию катализаторов разнообразного состава: на основе благородных металлов (Rh, Ru, Pd, Pt), переходных элементов (в основном Ni и Co,), биметаллических и триметаллических составов активного компонента в комбинации с варьированием носителя из индивидуальных или смешанных оксидов Ce, Zr,, Gd, La, Pr, а также допированных щелочными и щелочно-земельными металлами.
В качестве исходных подложек (первичного носителя) предложены различные материалы на металлической основе - вспененные металлы, сетки, фольга. В качестве сплава предлагается использовать фехралевый сплав, который обладает высокой температурой плавления и теплопроводностью, благодаря которой можно нивелировать температурные неоднородности, возникающие на поверхности катализатора в процессах паровой, автотермической конверсии или парциального окисления исходного топлива, которые возникают из-за высокого экзотермического или эндотермического эффекта исследуемых реакций. Для последующего нанесения носителя активного компонента предложено использовать промежуточный (защитный) слой оксида алюминия с высокими адгезионными свойствами и развитой удельной поверхностью. Слой оксида алюминия может быть получен путем выращивания на поверхности металлической подложки кристаллов гидроксида алюминия, который, в зависимости от температуры термической обработки может переходить в фазы д-АЬОз или 9-АЬОз. Таким образом, использование промежуточного слоя оксида алюминия позволяет добиваться высокой адгезии с металлической подложкой, высокой механической прочности и термической стойкости покрытия в высокотемпературных реакционных условиях. Получаемое покрытие не является однородным (т.е. формируется не в виде сплошной пленки, покрывающей всю поверхность подложки), а представлено игольчатой структурой кристаллов оксида алюминия, имеющих длину 30-60 мкм, каждый из которых
химически прочно связан с металлической подложкой. За счет такой структуры, получаемое покрытие, по сути, является подвижным и при термическом расширении металлической подложки кристаллы оксида алюминия перемещаются друг относительно друга без нарушения связей с металлом. При охлаждении процесс идет в обратном направлении и при этих расширениях-и сжатиях кристаллы оксида алюминия не сталкиваются и не нарушают целостность покрытия. Сформированный на поверхности металла слой оксида алюминия может быть использован как промежуточный носитель для нанесения слоя твердого раствора Ceo.75Zro.25O2-5 (допированного переходными металлами в зависимости от реакционных условий), который выступает в качестве носителя активного компонента и является эффективным в ряде процессов, связанных с конверсии исходных топлив в синтез газ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FWUR-2024-0033
