Российские ученые создали экологичные катализаторы для переработки фурфурола

Изображение: высокопроцентный кобальт медный катализатор; медь, кобальт — содержащий катализатор; сплавной кобальт медный катализатор.

Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» разрабатывают новые катализаторы для переработки фурфурола — ценного химического продукта, который получают из отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности. Разработка важна как в плане экологичности синтеза фурановых соединений, так и в целом для развития химической отрасли страны и импортозамещения.

Фурфурол — гетероциклическое фурановое соединение, которое производят с помощью минеральных кислот из побочных продуктов сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности. Его используют как растворитель, компонент твердых смол, полимеров и бактерицидных препаратов. Из фурфурола получают целый спектр ценных химических соединений, в частности, фурфуриловый спирт и 2-метилфуран, которые широко применяют в химической промышленности, в том числе в создании лекарств и средств защиты растений.

Фурфурольная промышленность в России развита слабо — действует лишь один завод, хотя продукт востребован. По словам инженера Инжинирингового центра ФИЦ «Институт катализа СО РАН» Анастасии Суминой, для развития этого направления в стране есть обширная сырьевая база.

«В мире производят более 400 тысяч тонн фурфурола в год, а в России работает всего один завод мощностью две тысячи тонн в год. Объем производства этого соединения и его производных не покрывает потребности промышленности, и фурфурол закупается за рубежом, в основном в Китае. При этом у нас развита деревообрабатывающая отрасль, и было бы экономически эффективно перерабатывать ее отходы в ценные продукты».

Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» в рамках деятельности Лаборатории катализаторов и материалов малотоннажных химических процессов ИК СО РАН (молодежная лаборатория в составе Инжинирингового центра ИК СО РАН, открыта в 2024 г. – прим.) создали новые экологичные и доступные катализаторы для получения фурфурилового спирта и 2-метилфурана. Сплавные каталитические системы содержат переходные металлы, такие как медь, никель, кобальт, железо, алюминий, и используются в парофазной и жидкофазной гидроконверсии фурфурола. Помимо разработки катализаторов, ученые также проводят исследования в рамках сотрудничества с промышленностью. 

«В ходе выполнения государственного задания мы создаем оригинальные каталитические системы, часть из которых уже запатентованы, другие находятся на стадии регистрации прав. В присутствии одной из таких систем при варьировании условий можно достичь высокой селективности как по фурфуриловому спирту (до 100 %), так и по 2-метилфурану (до 80 %)», — рассказывает к.х.н. Светлана Селищева, научный сотрудник Лаборатории катализаторов и материалов малотоннажных химических процессов ИК СО РАН.

Важный аспект работы лаборатории — исследования, направленные на поиск более экологичной и безопасной альтернативы традиционным катализаторам получения фурфурола на основе соединений хрома. «Промышленные катализаторы для превращения фурфурола в фурфуриловый спирт — это достаточно токсичные системы. Содержание хрома в них может достигать 30 %, и они не подвергаются регенерации, то есть утилизируются после отработки. В наших планах — исследовать регенерацию разрабатываемых систем», — отмечает Анастасия Сумина.

Специалисты также работают над масштабированием разработок — в ближайшее время создаваемые катализаторы будут исследоваться на опытной установке, а также будут протестированы их прочностные характеристики. 

Материал предоставлен пресс-службой ФИЦ «Институт катализа СО РАН»