На главную
Українська English
ГлавнаяНАУЧНЫЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯВІДДІЛ КАТАЛІТИЧНИХ СИНТЕЗІВ НА ОСНОВІ ОДНОВУГЛЕЦЕВИХ МОЛЕКУЛ

ВІДДІЛ КАТАЛІТИЧНИХ СИНТЕЗІВ НА ОСНОВІ ОДНОВУГЛЕЦЕВИХ МОЛЕКУЛ

Завідувач відділу -

СТРИЖАК Петро Євгенович

член-кореспондент НАН України

доктор хімічних наук, професор

проспект Науки, 31, м.Київ, 03028, Україна

тел.:38 (044) 525-66-63, факс: 38 (044) 525-66-63

e-mail: pstrizhak@hotmail.com

 Коротка загальна характеристика підрозділу

Відділ є одним з найстаріших у колишньому СРСР та першим в Україні центром дослідження каталітичних процесів. Створений при заснуванні Інституту у 1927 р. як відділ електронної хімії; з 1932 р. – відділ каталізу; з 1963 по 1989 рр. – відділ гетерогенного каталізу; з 1990 р. – відділ каталітичних синтезів на основі одновуглецевих молекул. 

В різні роки відділом керували: академік АН СРСР Л.В. Писаржевський (1927-1934), академік АН УРСР В.А. Ройтер (1934-1973), доктор хім. наук, проф. Г.П.Корнійчук (1973-1981р.), доктор хім. наук, проф. Ю.І. Пятницький (1981-1989), чл.-кор. АН УРСР Г.І. Голодець (1989-1992) доктор хім. наук, проф. М.В. Павленко (1992-2000). З 2002 р. відділ очолює чл.-кор. НАН України П.Є. Стрижак, професор, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки (2014 р.)

За роки існування відділу його співробітниками опубліковано понад 1000 наукових праць, отримано більше 100 патентів.

Загальна фотографія співробітників

dep2_2017

Співробітники відділу, травень 2017 р.

Перший ряд знизу зліва направо:

Н.В. Власенко, Ю.І. Пятницький, П.Є. Стрижак, Л.Ю. Долгіх, Г.Р. Космамбетова.

Другий ряд знизу зліва направо:

З.В. Кайданович, Л.О. Стара, О.З. Діденко, В.М. Тарковська, В.І. Гриценко.

Третій ряд знизу зліва направо:

А.І. Трипольський, Ю.М. Кочкін, В.Д. Бондаренко, І.Б. Бичко, О.О. Жох.

Четвертий ряд знизу зліва направо:

О.О. Абакумов, Є.Ю. Калішин

 

Основні напрямки досліджень

  • синтез та застосування наноструктур та наночасток в гетерогенному каталізі;
  • дослідження проявів квантово-розмірного ефекту та впливу нанорозмірних факторів на закономірності перебігу гетерогенно-каталітичних реакцій;
  • визначення фізико-хімічних закономірностей гетерогенно-каталітичних редокс та кислотно-основних перетворень одновуглецевих молекул на каталізаторах різних хімічних типів;
  • синтез цінних речовин на основі нижчих спиртів (олефіни, алкілтретбутилові ефіри, етилбензол, стирол);
  • синтетичне рідке паливо;
  • розробка нових каталітичних процесів одержання водню з вуглеводневої сировини, спиртів, тощо;
  • теоретичне дослідження каталізу на фрактальних та неоднорідних поверхнях;
  • синтез і каталітичні властивості вуглецьвмісних наноструктур, зокрема, графенів, вуглецевих нанотрубок, фулеренів тощо.

Найважливіші результати за останні роки

Розвинуто наукові підходи щодо створення нових гетерогенно-каталітичних процесів та каталізаторів на основі сучасних матеріалів, зокрема наночастинок перехідних і благородних металів, різноманітних оксидних систем, нанопористих матеріалів, вуглецевих нанотрубок. Доведено, що не тільки метали, але й оксиди металів, при зменшенні розмірів частинок до 2-5 нм виявляють значну каталітичну активність у редокс-перетвореннях, тоді як їх макрочастинки є каталітично неактивними. Сформульовано основні чинники, які визначають вплив розміру наночастинок активної фази каталізаторів на їх активність. Розроблено підходи щодо дизайну новітніх каталітично активних матеріалів, зокрема, на основі наночастинок металів та оксидів металів з контрольованим розміром.

1

На підставі дослідження термодинаміки, кінетики та процесів масообміну кислотно-основних гетерогенно-каталітичних процесів встановлено зв’язок між локалізацією кислотних центрів на поверхні каталізатора та його активністю, який обумовлений зміною швидкості адсорбції-десорбції реагентів. Одним з наслідків такої фізико-хімічної закономірності є встановлене експериментально зменшення активності кислотно-основних каталізаторів при збільшенні в них концентрації кислотних центрів.

Вперше запропоновано використання методу п’єзокварцового мікрозважування для дослідження масообмінних властивостей каталізаторів та встановлено зв’язок між швидкістю масообміну вихідних реагентів та активністю каталізаторів процесів етерефікації

 2

3

Розроблено гетерогенно-каталітичні методи синтезу вуглецевих нанотрубок, азотвмісних вуглецевих нанотрубок, графеноподібних структур та каталізаторів на їх основі.

4

Узагальнено макрокінетичний підхід, що базується на використанні фрактальної розмірності для врахування особливостей перебігу гетерогенно-каталітичних реакцій на неоднорідній поверхні, а також дифузії реагентів та продуктів реакції.

5

Одержано результати в галузі водневої енергетики та нетрадиційних технологій переробки та використання вугілля або сировини біологічного походження. Розроблено двоступеневу каскадну технологічну схему одержання з синтез-газу при підвищеному тиску суміші одноатомних аліфатичних С16-спиртів. Удосконалено каталізатор синтезу Фішера-Тропша, промисловий каталізатор дегідрування циклогексанолу. Розроблено низькотемпературний каталізатор селективного окислення монооксиду вуглецю з метою очищення водню для його використання в паливних комірках, запропоновано низькотемпературний каталізатор отримання водню з біоетанолу, а також каталізатор отримання вуглеводнів з рослинних жирів за низьких температур. Розроблено органо-неорганічний каталізатор синтезу етил-трет-бутилового ефіру. З метою отримання водню з відновлювальної сировини розроблено каталізатори газифікації вуглецевмісних відходів та парової конверсії монооксиду вуглецю.

Зокрема розроблено нові каталізатори парового риформінгу етанолу на основі нанорозмірних феритів шпінельної структури загальної формули MІІFeІІІ2O4 (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg). Каталізатори не містять благородних металів, характеризуються високою активністю та близьким до стехіометричного виходом водню при відсутності СО в продуктах реакції, що важливо для використання водню в низькотемпературних паливних комірках. Встановлено, що серед досліджених складних оксидів найбільш ефективним каталізатором парового риформінгу етанолу є ферит марганцю, фазовий склад якого практично не зазнає змін в умовах каталізу. Цільовий процес на MnFe2O4 характеризується виходом водню 94,6% (5,68 моль H2 на 1 моль вихідного етанолу) при 650 оС і відсутністю СО в продуктах реакції в діапазоні температур 300-650 оС.

6

Вперше показано, що графенвмісні матеріали проявляють каталітичну активність в реакції гідрування етилену в температурному інтервалі 200-500 0С, на відміну від активованого вугілля марки СКТ.

7

Міжнародне співробітництво 

Хімічний науковий центр Інституту ізотопів Угорської Академії наук, м.Будапешт (Угорщина), доктор Л. Борко, спільні дослідження щодо створення і вивчення каталітичних матеріалів на основі наночастинок оксидів перехідних металів.

Інститут хімії та хімічної промисловості Шандуньського Університету, м.Цзинань (Китай), професор Д. Чен, спільні дослідження щодо створення нанокаталізаторів та їх  застосування в процесах одержання вторинної енергії, що сприятиме захисту навколишнього середовища.

Інститут хімії Університету м. Любляна (Словенія), спільні роботи з розробки фрактального підходу до аналізу транспортних явищ в каталізі: теорія та практичне застосування.

Середньосхідний технічний університет та Університет Газі, м. Анкара (Туреччина), професор Т. Догу, професор Г. Догу, спільні розробки каталізаторів на основі наноматеріалів для процесу конверсії біоетанолу.

Інститут каталізу ім. Г.К. Борескова СВ РАН, д.х.н. Е.М. Мороз, спільні роботи щодо розробки нанокомпозитних каталізаторів для процесів одержання та очищення водню.

Науково-технічні розробки відділу

Автономний безполум’яний генератор тепла

• Розроблено автономний безполум’яний генератор тепла для опалення різних об’єктів, в тому числі в польових умовах на основі каталітичного окиснення метану або пропан-бутанової суміші, що відрізняється невеликою вагою, мобільністю, універсальністю, високою економічністю, безпечністю, невеликими витратами палива, відсутністю димових викидів та випромінювання у видимому діапазоні, що дозволяє уникнути виявлення приладу в польових умовах, зокрема при використанні в зоні бойових дій. Обігрівач працює на екологічно чистому, недорогому і досить безпечному газоподібному паливі, яке широко застосовується в побуті та на виробництві.

8

Антипірени для обробки спецодягу військових та службовців МНС

Розроблено антипіренову суміш «Фенікс» для обробки спецодягу службовців ВСУ та МНС для запобігання або уповільнення процесу займання одягу в екстремальних ситуаціях під час службових обов’язків. Включення антипіренових присадок в склад текстильних матеріалів дозволяє відстрочити момент, коли контакт полум’я зі шкірою завдасть їй суттєвих пошкоджень та призведе до появи опіків III та IV ступенів. Антипірен «Фенікс» створено на основі азот- та фосфорвмісних водорозчинних солей. Механізм дії антипірену полягає в утворенні інертних газів, що блокують розповсюдження полум’я з подальшим утворенням шару спіненого коксу, що також блокує розповсюдження вогню та частково термоізолює поверхню шкіри.

9a9b

Каталізатор глибокого очищення збагачених воднем газових сумішей від СО

Розроблено оксидний мідь-церій-цирконієвий каталізатор першої стадії процесу двухстадійної очистки воденьвмісних газових сумішей від монооксиду вуглецю та спосіб ефективної очистки на його основі шляхом вибіркового окислення СО на поверхні каталізатора за температури 100-140 °С та при атмосферному тиску. Запропонований каталізатор забезпечує ефективне очищення від домішок СО (до 50 ppm) збагачених воднем газових сумішей, що отримані з будь-якої органічної сировини. Порівняно з аналогами каталізатор не містить благородних металів. Застосування як носія діоксиду цирконію вітчизняного виробництва дозволяє знизити вартість каталізатора та підвищити термічну і механічну стійкість. Каталізатор може бути використаний для очищення збагачених воднем газових сумішей, що використовуються як паливо екологічно чистого транспорту, а також в металургії, фармації, хімічній, харчовій, космічній та оборонній промисловості.

10a

Мідний каталізатор дегідрування циклогексанолу в циклогексанон на основі моноклінного діоксиду цирконію

Розроблено мідний каталізатор дегідрування циклогексанолу в циклогексанон на основі моноклінного діоксиду цирконію промислового виробництва, який забезпечує більш високі показники селективності та продуктивності по цільовому продукту порівняно з промисловим каталізатором НТК-10-2ФМ. Селективності процесу підвищено за рахунок оптимізації структурно-функціональних характеристик активного компонента та носія. Мідь-цирконійоксидний каталізатор може бути використаний в хімічній промисловості в процесах синтезу γ-бутиролактона, 2-етилгексанолу, дегідрування циклогексанолу. «Каталізатор одержання циклогексанону з циклогексанолу» Патент №65322 (Україна). Опубл. 12.12.2011. Бюл. № 23

11

Каталізатор процесів отримання водню з відновлювальної сировини

Розроблено каталізатор газифікації вуглецьвмісних відходів та парової  конверсії монооксиду вуглецю на основі вітчизняного діоксиду цирконію промислового виробництва (0,1%Fe/2%CuO/4%CeO2/ZrO2). Розроблений каталізатор є ефективним в широкому діапазоні температур на відміну від промислових НТК та СТК каталізаторів, які працюють лише у відповідних вузьких температурних інтервалах. “Каталізатор парової конверсії моноксиду вуглецю” Патент України на корисну модель № 60805, опублік. 25.06.2011, Бюл. № 2.

12

Високопродуктивний каталітичний метод синтезу вуглецевих нанотрубок з регульованою структурою

Розроблено оригінальний каталітичний метод синтезу багатошарових вуглецевих нанотрубок (ВНТ) з діаметром 40-100 нм, які містять в своєму складі азот як елемент-допант. Наявність азоту дає можливість наступної модифікації поверхні ВНТ різними функціональними групами, що суттєво впливає на їх фізико-хімічні властивості. Розробка готова до впровадження в промислових умовах.

Запропоновано метод синтезу вуглецевих нанотрубок з ацетонітрилу бамбукової структури. Завдяки підібраним оптимальним умовам синтезу (температура, концентрації та режим подачі реагентів) вдається вирощувати впорядковані вуглецеві нанотрубки без домішок аморфного вуглецю.

134

Каталізатори синтезу моторних палив

  • Розроблено нове покоління каталізаторів для одержання моторних палив з синтез-газу, отриманого з різноманітної вуглець-вмісної сировини:
  • каталізатор синтезу вуглеводнів бензинової фракції (С511), який забезпечує досягнення показників продуктивності більше 180 кг на 1 м3  каталізатора за годину;
  • каталізатор синтезу вуглеводнів дизельної фракції (С1118), що переважає відомі аналоги за селективністю по цільовим продуктам;
  • каталізатор синтезу широкої фракції легких вуглеводнів (С27);
  • каталізатор синтезу α-олефінів (С47).

На основі запропонованих каталізаторів в УКРНДІГАЗ розроблено технологію переробки природного газу в моторне паливо, яка дозволяє отримувати вуглеводні паливного класу.

1415

1 – каталізатор за патентом США №4555526

2 – каталізатор синтезу бензину (патенти України №19738, №38154)

3 – каталізатор синтезу дизелю  (патенти України №1357, №36660)

Каталізатори на основі наночастинок гетиту

Розроблено каталізатор на основі наночастинок гетиту (FeOOH), що виявляє високу селективність в процесі гетерогенно-каталітичного перетворення тригліцеридів в компоненти моторного палива за температури 400 °С.

Каталізатор гідрування нітросполук Minipad_6%Pd/C

За результатами дослідження впливу природи вуглецевого носія та розміру наночастинок паладію на активність каталізаторів Pd/С розроблено новий каталізатор гідрування нітросполук Minipad_6%Pd/C, що містить паладій на 40% менше ніж у комерційних аналогах з аналогічними експлуатаційними характеристиками.

П’єзокварцові резонатори для детекторів летких органічних речовин 

Розроблено чутливе покриття на основі полікристалічних плівок ряду гідрофобних комплексних сполук 3d-перехідних металів Co2+, Ni2+, Cu2+ зі стеариновою кислотою (HSt) та октадециламіном (ODA) загального складу  Mе(ODA)nSt2 (n = від 0 до 6) для сорбційно активних п’єзорезонансних датчиків на пари органічних речовин.

16

Наукові співробітники відділу

Пятницький Юрій Ігорович, доктор хімічних наук, професор, головний науковий співробітник; тел.:+38 (044) 525-44-35; e-mail: yupyat@freemail.com.ua

Власенко Ніна Василівна, кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник; тел.: +38 (044) 525-65-33; e-mail: vlasenko_nina@yahoo.com 

Долгіх Лідія Юріївна, кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник; тел.:+38 (044) 525-65-70; e-mail: ldolgykh@inphyschem-nas.kiev.ua

Космамбетова Гульнара Радієвна, кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник; тел.:+38 (044) 525-72-35; e-mail: kosmambetova@ukr.net

Кочкін Юрій Миколайович, кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник; тел.:+38(044)525-65-33; e-mail: kochkin@svitonline.com

Трипольський Андрій Іккійович, кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник; тел. +38(044) 525-66-58; e-mail: atripolski@gmail.com

Калішин Євген Юрійович, кандидат хімічних наук, науковий співробітник; тел.:+38 (044) 525-67-65; e-mail: kalishyn.yevhen@gmail.com 

Лемеш Наталія Вікторівна, кандидат хімічних наук, науковий співробітник; тел.:+38 (044) 525-65-95; e-mail: lemeshnataliia@gmail.com

Бичко Ігор Богданович, кандидат хімічних наук, молодший науковий співробітник; тел.:+38 (044) 525-67-65; e-mail: igorbychko@ukr.net

Діденко Ольга Захаріївна, кандидат хімічних наук, молодший науковий співробітник; тел.:+38 (044) 525-66-45; e-mail: o.z.didenko@gmail.com

 

Наукове обладнання

1.      Каталітичні установки проточного та імпульсного типів для дослідження кінетики гетерогенно-каталітичних реакцій з хроматографічним й мас-спектрометричним методами контролю компонентів реакційної суміші та продуктів перетворення.

2.      Вакуумна термогравіметрична установка для дослідження кислотно-основних та адсорбційних властивостей каталізаторів.

3.      Установка для дослідження кислотно-основних та окисно-відновних властивостей каталізаторів (методами температурно-програмованої десорбції та температурно-програмованого відновлення).

4.      Установка для дослідження масообмінних властивостей каталізаторів.

5.      Установка для дослідження процесів гетерогенного кислотно-основного каталізу.

6.      Установка для дослідження активності каталізаторів в процесі Фішера-Тропша.

7.      Установка гетерогенно-каталітичного газофазного синтезу вуглецевих нанотрубок.

8.      Мас-спектрометр Selmi-МХ7304А.

9.      Газовий хроматограф CHROM-5.

10.  Хроматограф рідинний/іонний «Стайер» (Аквилон).

Список вибраних публікацій

1.    СТРИЖАК П.Є. Сучасні проблеми нанокаталізу. - Вісн. НАН України, 2014, № 7, c. 16-24.

2.    СТРИЖАК П.Е., ТРИПОЛЬСКИЙ А.И., КОСМАМБЕТОВА Г.Р., ДИДЕНКО О.З., ГУРНИК Т.Н. Геометрический и электронный подходы к размерным эффектам в гетерогенном катализе. - Кинетика и катализ, 2011, № 1, с. 131-142.

3.    ПЯТНИЦКИЙ Ю.И., ДОЛГИХ Л.Ю., СТОЛЯРЧУК И.Л., СТРИЖАК П.Е. Получение водорода паровым риформингом этанола. - Теорет. и эксперим. химия, 2013, т. 49, № 5, c. 265-283.

4.    КОСМАМБЕТОВА Г.Р. Структурная организация нанофазних катализаторов избирательного окисления СО. - Теорет. и эксперим. химия, 2014, т. 50, № 5,  с. 265-279.

5.    ZHOKH A.A., TRYPOLSKYI A.I., STRIZHAK P.E. An investigation of anomalous time-fractional diffusion of isopropyl alcohol in mesoporous silica. - International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, v. 104, p. 493–502

6.    СТРИЖАК П.Є., СОЛОВЙОВ С.О., ТРИПОЛЬСЬКИЙ А.І., КІРІЄНКО П.І., СТОЛЯРЧУК І.Л. Автономний безполум'яний генератор тепла на основі каталітичного окиснення метану або пропан-бутанової суміші для опалення різних об'єктів, в тому числі в польових умовах. - Наука та Інновації, 2016, т. 12, № 5, с. 32-46

7.    KOCHKIN Yu.N., VLASENKO N.V., STRUZHKO V.L., PUZIY A.M., STRIZHAK P.E. Methanol carboxylation over zirconium dioxide: effect of catalyst phase composition on its acid-base spectrum and direction of catalytic transformations. - The Can. J. Chem. Eng., 2016, v. 94, N 4, p. 745–751.

8.    DOLGYKH L.Yu., STOLYARCHUK I.L., STARAYA L.A., VASYLENKO I.V., PYATNITSKY Y.I., STRIZHAK P.E. Steam Reforming of Ethanol over Manganese and Iron Oxides for Hydrogen Production. - Adsorption Sci. Tech., 2015, v. 33, N. 6-8, p. 715-721.

9.    BYCHKO I.B, KALISHYN Ye.Yu., STRIZHAK P.E. TPR Study of Core-Shell Fe@Fe3O4 Nanoparticles  Supported on Activated Carbon and Carbon Nanotubes. - Advances in Materials Physics and Chemistry, 2012, v. 2, p. 17-22

10.              STRIZHAK P.E., KOSMAMBETOVA G.R., The Quantum Size Effect in a Heterogeneous Catalysis. – In: Quantum Confinement: Effects, Observations and Insights. – New York: Nova science publishers Inc, 2017, p. 1-40

 

Список найважливіших патентів 

1.      Патент 60805 (Україна). Каталізатор парової конверсії моноксиду вуглецю / І.Б. Бичко, Є.Ю. Калішин, А.І. Трипольський, Л.Ю. Долгіх, І.В. Дейнега, П.Є. Стрижак, О.М. Дудник, І.С. Соколовська. - Опубл. 25.06.2011. - Бюл. № 12.

2.      Патент 60806 (Україна). Спосіб одержання водню / Л.Ю. Долгіх, А.І. Трипольський, Є.Ю. Калішин, І.Б. Бичко, І.В. Дейнега, П.Є. Стрижак, О.М. Дудник, І.С. Соколовська. - Опубл. 25.06.2011. - Бюл. № 12.

3.      Патент 97926 (Україна). Каталізатор для очищення воденьвмісних газових сумішей від монооксиду вуглецю / П.Є. Стрижак, Г.Р. Космамбетова, В.І. Гриценко. - Опубл. 10.04.2015. - Бюл. № 7.

4.      Патент 97954 (Україна). Спосіб одержання каталізатора парової конверсії моноооксиду вуглецю / П.Є. Стрижак, Г.Р. Космамбетова, В.І. Гриценко. - Опубл. 10.04.2015. - Бюл. № 7.

5.      Патент 106501 (Україна). Паливний брикет для отримання водню / Є.Ю. Калішин, А.І. Трипольський, О.М. Дуднік, І.Б. Бичко, І.С. Соколовська, П.Є. Стрижак. - Опубл. 25.04.2016. - Бюл. № 8.

6.      Патент 110395 (Україна). Спосіб одержання паладійвмісного каталізатора гідрування органічних сполук / П.Є. Стрижак, Є.Ю. Калішин, І.Б. Бичко, В.В. Ординський. - Опубл. 10.10.2016. - Бюл. № 19.

7.      Патент 112400 (Україна). Спосіб стабілізації наночастинок оксиду цинку контрольованого розміру на поверхні оксиду магнію / О.З. Діденко, Г.Р. Космамбетова, П.Є. Стрижак. - Опубл. 12.12.2016, Бюл. № 23. (Заявка U 2016 07474 від 08.07.2016)

8.      Діденко О.З., Космамбетова Г.Р., Стрижак П.Є. «Спосіб стабілізації наночастинок оксиду цинку на поверхні оксиду магнію» / Патент України на корисну модель № 112333, опублік. 12.12.2016, Бюл. № 23.