Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» ведут разработки новых катализаторов, предназначенных для переработки фурфурола – важного химического продукта, получаемого из отходов деревообрабатывающих и сельскохозяйственных предприятий. Эта работа имеет большое значение с точки зрения экологичности производства фурановых соединений, а также для общего прогресса химической промышленности России и решения задач импортозамещения.
Фурфурол представляет собой гетероциклическое соединение, производное фурана, получаемое с использованием минеральных кислот из отходов сельского хозяйства и деревоперерабатывающих предприятий. Он находит применение в качестве растворителя, а также является компонентом твердых смол, полимеров и бактерицидных средств. На основе фурфурола синтезируют ряд востребованных химических веществ, среди которых фурфуриловый спирт и 2-метилфуран, которые активно используются в химической индустрии, включая фармацевтику и производство средств защиты растений.
В России фурфурольный сектор развития не получил достаточного импульса: функционирует всего один производственный комплекс, несмотря на наличие спроса на данную продукцию. По информации инженера Инжинирингового центра ФИЦ «Институт катализа СО РАН» Анастасии Суминой, в нашей стране существует значительный ресурсный потенциал, способствующий развитию данной отрасли.
«Ежегодно в мире выпускается свыше 400 тысяч тонн фурфурола, в то время как в России функционирует лишь один завод с годовой мощностью в две тысячи тонн. Текущий объем производства этого соединения и веществ, полученных на его основе, недостаточен для удовлетворения потребностей промышленных предприятий, поэтому фурфурол импортируется из других стран, главным образом из Китая. В России, где развита деревообрабатывающая промышленность, было бы целесообразно использовать отходы деревообработки для получения продукции высокой добавленной стоимости».
В рамках работы Лаборатории катализаторов и материалов малотоннажных химических процессов ИК СО РАН, сотрудники ФИЦ «Институт катализа СО РАН (молодежная лаборатория, входящая в состав Инжинирингового центра ИК СО РАН, была открыта в 2024 году – 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 рамках реализации государственного задания нами разработаны уникальные каталитические системы, некоторые из которых уже запатентованы, остальные проходят процедуру регистрации. При использовании одной из таких систем, изменяя условия протекания процесса, 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.
Ключевым направлением деятельности лаборатории являются исследования, целью которых является поиск более экологичных и безопасных заменителей традиционных катализаторов, используемых для производства фурфурола на основе соединений хрома. «Промышленные катализаторы, применяемые для превращения фурфурола в фурфуриловый спирт, представляют собой достаточно токсичные составы. Хром может составлять до 30% их массы, и они не подлежат регенерации, то есть утилизируются после использования. В наших планах — изучить возможность регенерации разрабатываемых нами систем», — отмечает Анастасия Сумина.
В настоящее время специалисты занимаются расширением производственных возможностей – в скором времени новые катализаторы будут проходить испытания на экспериментальном оборудовании и оцениваться на предмет их долговечности.