На главную
Українська English
ГлавнаяНАУЧНЫЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯОТДЕЛ КАТАЛИТЕЧЕСКИХ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

ОТДЕЛ КАТАЛИТЕЧЕСКИХ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Завідувач- Орлик Світлана Микитівна

член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор

тел.:+38(044)525-66-78

E-mail:orlyk@inphyschem-nas.kiev.ua

Відділ створено у жовтні 2000 р., до нього увійшли співробітники відділів гетерогенного каталізу, екологічного каталізу та каталітичного окислення вуглеводнів; сьогодні у відділі працюють доктори наук та кандидати наук, які є вихованцями відомої української школи каталізу, створеної академіком АН УРСР В.А. Ройтером та його учнями і послідовниками (членом-кореспондентом НАН України В.М. Власенком, доктором хімічних наук, професором Г.П. Корнійчуком, доктором хімічних наук, професором В.Я. Вольфсоном, доктором хімічних наук, професором В.М. Бєлоусовим).

Серед досягнень відділу – створення структурованих каталізаторів нового покоління для процесів екологічного каталізу та водневої енергетики, зокрема для двоступеневої технології очистки відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння (сажові фільтри з каталітичним покриттям та ефективні каталізатори трикомпонентних перетворень (СО/СnHm/NOx); для комбінованого риформінгу природного газу (метану та його гомологів С24), три-риформінгу метану – нікель-алюмооксидні каталізатори, модифіковані оксидами рідкісно-земельних елементів. В результаті застосування розвинутих підходів щодо біфункціональності каталізаторів багатостадійних процесів розроблено високопродуктивні, селективні оксидні та цеолітні каталізатори одержання 1,3-бутадієну з етанолу.

Основні результати досліджень узагальнено в окремих главах в колективних монографіях та оглядових статтях.

Результати досліджень увійшли до циклу наукових праць «Адсорбовані шари на поверхні перехідних металів: структура, електронні процеси, тертя, кінетика формування, каталіз», удостоєних Державної премії України в галузі науки і техніки 2008 р. (С.М. Орлик і С.О. Соловйов в складі авторського колективу).

Премією Президента України для молодих вчених (2007 р.) удостоєно роботу Т.В. Миронюк, М.Р. Канцерової, О.В. Мохначука «Структурно-функціональний дизайн нових каталізаторів знешкодження техногенних газових викидів та каталітичного спалювання палив».

Премією Президента України для молодих вчених (2015 р.) удостоєно цикл наукових праць Є.В. Губарені, П.І. Кирієнка, Н.О. Попович «Розроблення наноструктурованих каталізаторів нового покоління для промислових процесів та захисту навколишнього середовища». 

Молоді науковці відділу є лауреатами премії для молодих вчених НАН України, мерії м. Києва, стипендіатами НАН України, Президента України, стипендії імені Л.В. Писаржевського; одержували фінансову підтримку досліджень в рамках грантів для молодих вчених НАН України та Президента України.

 all 

Співробітники відділу, 2017 р.

Нижній ряд (зліва направо): Т.М. Бойчук, О.В. Ларіна, С.О. Соловйов, С.М. Орлик, Я.П. Курилець, П.І. Кирієнко, К.В. Валігура

Верхній ряд (зліва направо): В.І. Чедрик, Н.О. Попович, М.Р. Канцерова, Л.М. Алексєєнко, А.Ю. Капран, Є.В. Губарені

НАУКОВО-ТЕХНІЧНІ РОЗРОБКИ ВІДДІЛУ КАТАЛІТИЧНИХ ОКИСНО-ВІДНОВНИХ ПРОЦЕСІВ

Основні напрямки досліджень 

  • Розвиток наукових засад створення новітніх окисно-відновних процесів екологічного каталізу, водневої енергетики та процесів одержання цінних продуктів з відновлювальної сировини; 
  • Структурно-функціональний дизайн каталізаторів знешкодження техногенних газових викидів мобільних та стаціонарних джерел (СО, NOx, CnHm, О3), каталітичного спалювання вуглеводневого палива, перетворення парникових газів (СО2, СН4, N2O), каталізаторів для тандем-процесів одержання промислово важливих дієнів із С2, С4-біоспиртів; 
  • Кінетика і механізм окисно-відновних реакцій за участю оксидів вуглецю, оксидів азоту, оксидів сірки, вуглеводнів, оксигенатів. 

 

Найважливіші результати за останні роки

- Розроблено ефективні структуровані каталізатори відновлення оксидів азоту в кисеньвмісних газових викидах відновниками різної хімічної природи: селективного відновлення (СКВ) оксидів азоту (І),(ІІ) С14-вуглеводнями та монооксидом вуглецю – CoхOу/(НZSM5–Al2O3)/кордієрит, CoO/ZrO2/каоліноаеросил, Pd/Со3О4-CeO2/кордієрит та селективного відновлення оксидів азоту С24-спиртами – Ag/Al2O3/кордієрит, які за активністю переважають зарубіжні аналоги.

12

- Розроблено нанокомпозитні оксидні каталізатори: Mn, (La, Sr, Ba)/ Al2O3, (ZrO2), структури шпінелі МеFe2O4 (Me‑ Mn, Co, Ni), сформовані на поверхні структурованих носіїв з кордієриту та каолін-аеросилу, безполуменевого каталітичного спалювання (глибокого окиснення) вуглеводневого палива, які забезпечують 80-100% конверсію метану до СО2 і можуть бути застосовані в каталітичних генераторах тепла, а також системах каталітичної очистки відпрацьованих промислових газів від домішок метану та гомологів С24.

 3

- Розроблено структуровані нікель-алюмооксидні каталізатори, модифіковані оксидами рідкісноземельних елементів (La, Ce) – Ni/(CeO2,La2O3)/Al2O3/кордієрит, на яких реалізовано комбінований риформінг (окси-парова конверсія) природного газу (метану та його гомологів С24) та процес три-риформінгу метану (ТРМ) – синергетичної комбінації парового і вуглекислотного риформінгу з парціальним окисненням метану, які забезпечують стабільний перебіг ТРМ з високими конверсіями СН4 та СО2, регульованим співвідношенням H2/CO (1,4÷2,5) в синтез-газі та тепловим режимом процесу, в т.ч. можливістю здійснювати процес в автотермічному (термонейтральному) режимі.

4

- Розвинуті підходи щодо особливостей структурно-чутливої реакції глибокого окислення метану застосовано при дослідженні процесів окислювального риформінгу на прототипах анодних матеріалів твердооксидних паливних елементів (ТОПЕ) прямого окислення вуглеводневого палива. З’ясовано вплив оксидів перехідних металів (Сu, Co, Ni, Се) і металів платинової групи (Pt, Pd, Rh) у складі композитів на основі ітрій-(скандій)-стабілізованого діоксиду цирконію на їх каталітичні властивості (активність, селективність, сіркостійкість) та ресурсні характеристики (термостійкість, схильність до завуглецювання, стабільність роботи) в реакціях окислення метану. Висока активність композитів (75–99% конверсія метану в температурному інтервалі 600–800°С) корелює з кількістю і рухливістю поверхневого кисню в них. Промотуючий ефект металів платинової групи в складі композитів МПГ-CuО-NiО/(YSZ+CeO2) залежить від реакційного середовища (стехіометрія парціального чи глибокого окислення метану, присутність діоксиду сірки).

  5 

- Для процесів риформінгу метанолу з одержанням водню (розклад, киснева і парова конверсія, комбінований риформінг) розроблено структуровані металоксидні каталізатори Cu-ZnO-MxOy/Al2O3/ кордієрит (M: Ce, La, Ni, Mg), які забезпечують вихід водню >90% →100%. Обґрунтовано вплив модифікуючих добавок оксидів церію, лантану і нікелю в реакції розкладу CH3OH, оксиду магнію і співвідношення реагентів СН3ОН/Н2О в процесах парової і окси-парової конверсії метанолу. Сформульовано рекомендації по удосконаленню каталізаторів риформінгу метанолу.

67

- Розвинуто наукові підходи щодо розроблення біфункціональних каталізаторів багатостадійних процесів конверсії етанолу з одержанням бутадієну. В результаті з’ясування характеру впливу активних компонентів оксидних MxOy-SiO2 (M = Mg, Zn, Zr, La) та цеолітних Ta/SiBEA композицій на кислотно-основні властивості поверхні розроблено високопродуктивні та селективні каталізатори одержання 1,3-бутадієну з етанолу. Запропоновано каталізатор складу 2%ZnO/6%La/1%ZrO2-SiO2 для селективного (до 70%) перетворення етанолу в 1,3-бутадієн з високою продуктивністю, який за показниками та стабільністю роботи перевершує відомі аналоги.

8

9

Умови реакції: 1 гетанол/(гкат∙год), 375 °C

 

Міжнародне співробітництво

Відділ співпрацює з:

-          Лабораторією реакційної здатності поверхні (Laboratoire de Reactivite de Surface), Університет П’єра і Марії Кюрі, CNRS (м. Париж, Франція) по розробленню нових каталізаторів для окисно-відновних процесів за участю NOx, CnHm, CnHmOl та підготовці молодих науковців (з 2012 р.)

-          Інститутом каталізу ім. Г.К. Борескова СВ РАН по процесах водневої енергетики, в т.ч. спільно з Інститутом проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України по розробленню прототипів анодних матеріалів ТОПЕ (з 2006 р.) 

-          Університетом м. Дібругар (штат Ассам, Індія) в рамках українсько-індійського дослідницького проекту (2008-2010 рр.)

-          Чанчунським університетом науки і технологій (м. Чанчунь, КНР) в рамках проекту «Розробка каталізаторів для очистки газових викидів автомобілів зі зниженим вмістом платинових металів для автомобілів виробництва КНР» (2006-2008 рр.).

 

Науково-технічні розробки відділу

У відділі створено ряд науково-технічних розробок для практичного застосування.

 

Наукові співробітники відділу

Соловйов Сергій Олександрович доктор хімічних наук, професор, провідний науковий співробітник

тел. +38 (044) 525-66-70, E-mail: soloviev@inphyschem-nas.kiev.ua

 

Капран Андрій Юрійович кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник 

тел. +38 (044) 525-62-22, E-mail: ayukapran@ukr.net

 

Кирієнко Павло Іванович кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник

тел. +38 (044) 525-62-22, E-mail: pavlo_kyriienko@ukr.net 

 

Канцерова Марина Рашидівна кандидат хімічних наук, науковий співробітник 

тел. +38 (044) 525-62-22, E-mail: mkantserova@ukr.net 

 

Бойчук Тетяна Михайлівна кандидат хімічних наук, науковий співробітник 

тел. +38 (044) 525-62-22, E-mail: boichuk_tm@ukr.net 

 

Губарені Євген Віталійович кандидат хімічних наук, науковий співробітник 

тел./факс +38 (044) 525-65-90, E-mail: gubareni@nas.gov.ua

 

Попович Наталія Олексіївна кандидат хімічних наук, науковий співробітник

тел. +38 (044) 525-62-22, E-mail: natalie.popovych@ukr.net

 

Ларіна Ольга Вікторівна кандидат хімічних наук, молодший науковий співробітник 

тел. +38 (044) 525-62-22, E-mail: olga.larina@ukr.net 

 

Наукове обладнання

Лабораторні установки для дослідження активності каталізаторів та кінетичних особливостей гетерогенно-каталітичних процесів; прилад для визначення питомої поверхні, установка для дослідження каталізаторів методом термопрограмованого відновлення воднем, газові хроматографи КристалЛюкс 4000М, Цвет600, газоаналізатор АНКАТ-410 (NO, NO2, NH3), ІЧ-спектрофотометр Buck Scientific М-500

10 

Список вибраних публікацій

P.I. Kyriienko, O.V. Larina, S.O. Soloviev, S.N. Orlyk, C. Calers, S. Dzwigaj. Ethanol conversion into 1,3-butadiene by the Lebedev method over MTaSiBEA zeolites (M= Ag, Cu, Zn) // ACS Sustainable Chem. Eng. – 2017. – V.5. – P. 2075.

 

А.Ю. Капран, С.Н. Орлик. Получение водорода в процессах риформинга метанола на модифицированных медно-цинковых катализаторах (обзор) // Теорет. эксперим. химия. – 2017. – Т.53, № 1. – С. 3-16.

 

С.А. Соловьев, С.Н. Орлик, Т.М. Бойчук, Н.А. Попович, П.И. Кириенко. Развитие научных основ создания катализаторов нового поколения для обезвреживания NOx в газовых выбросах мобильных и стационарных источников // Фундаментальные проблемы создания новых веществ и материалов химического производства, НАН Украины. – К.: Академпериодика. – 2016. – С. 122-132.

 

N.O. Popovych, P.I. Kyriienko, S.O. Soloviev, S.M. Orlyk, S. Dzwigaj. Influence of partial dealumination of BEA zeolites on physicochemical and catalytic properties of AgAlSiBEA in H2-promoted SCR of NO with ethanol // Microporous Mesoporous Mater. – 2016. – V. 226. – P. 10-18.

 

Н.А. Попович, С.А. Соловьев, С.Н. Орлик. Селективное восстановление оксидов азота (NOx) оксигенатами и углеводородами на бифункциональных серебряно-оксидноалюминиевых катализаторах (обзор) // Теорет. эксперим. химия. – 2016. – Т.52, № 3. – С. 133-151.

 

P.I. Kyriienko, O.V. Larina, S.O. Soloviev, S.N. Orlyk, S. Dzwigaj. High selectivity of TaSiBEA zeolite catalysts in 1,3-butadiene production from ethanol and acetaldehyde mixture // Catal. Commun. – 2016. – V.77. – P. 123–126.

 

S. Orlyk, S. Soloviev, A. Kapran, M. Kantserova, P. Kyriienko, E. Gubareni. Structure-Functional Design of New Catalysts for Engineering of Productive and Environmental Catalysis Processes. // Advances in Engineering Research /Ed.: Victoria M. Petrova/. Vol. 10. P. 1-52. Nova Science Publishers. – N.-Y., 2015, 200 p.

 

Kapran A. Yu., Orlyk S. N., Soloviev S. O. Decomposition of methanol on ZnO(CeO2, La2O3)-CuO-NiO-based monoliths. // Reac. Kinet. Mech. Cat.2015. V.114, No. 1. – P. 135–145.

 

Орлик С.Н., Соловьев С.А., Кириенко П.И., Канцерова М.Р., Губарени Е.В. Нанокомпозитные катализаторы нового поколения для процессов защиты окружающей среды и водородной энергетики. С. 650-656.– В кн. «Наноразмерные системы и наноматериалы: исследования в Украине»– К.: Академпериодика, 2014, 768 с.

 

Канцерова М.Р., Орлик С.Н., Швец А.В. Влияние состава оксидного покрытия и способа приготовления блочных катализаторов на их активность в реакции глубокого окисления метана // Катализ в промышленности.2014. – № 1. – С. 8 – 14.

 

P. Kyriienko, N. Popovych, S. Soloviev, S. Orlyk, S. Dzwigaj. Remarkable activity of Ag/Al2O3/cordierite catalysts in SCR of NO with ethanol and butanol. // Appl. Catal. B: Environ. – 2013. – V.140–141. – P. 691-699.

 

S. M. Orlyk, T. V. Myronyuk, T. M. Boichuk, M.R. Kantserova. Сobalt and its compounds in oxidation-reduction processes of environmental catalysis. // «Cobalt: Occurrence, Uses and Properties» /Ed. Y. Kobayashi, H. Suzuki/. NOVA Publishers, “Chemistry Research and Application”, New York, 2013, Р.101-134.

 

Орлик С. Н., Миронюк Т. В., Бойчук Т. М., Структурно-функциональный дизайн катализаторов конверсии оксидов азота(I), (II). // Теорет. и эксперим. химия.- 2012. – Т.48, № 2.- С.67-87.

 

Соловьев С.А., Губарени Е.В., Курилец Я.П., Орлик С.Н. Три‑риформинг метана на структурированных Ni‑содержащих катализаторах. // Теорет. и эксперим. химия.- 2012. – Т.48, № 3.- С.184-190.

 

Soloviev S. O., Kapran A. Y., Orlyk S. N., Gubareni E.V. Carbon dioxide reforming of methane on monolithic Ni/Al2O3-based catalysts. // Journal of Natural Gas Chemistry. – 2011. Т.20, №2. – P. 184–190.

 

Список вибраних патентів

Губарені Є.В., Соловйов С.О., Орлик С.М., Курилець Я.П. Нікельвмісний каталізатор для триреформінгу метану. // Патент України № 108461 від 25.07.2016.

 

Капран А.Ю., Алексєєнко Л.М., Орлик С.М. Металоксидний каталізатор для розкладу метанолу. // Патент України №96249 від 26.01.2015.

 

Кирієнко П.І., Ларіна О.В., Соловйов С.О. Спосіб одержання каталізатора для синтезу 1,3-бутадієну з етанолу. // Патент України №102388 від 26.10.2015.

 

Кирієнко П.І., Трипольський А.І., Соловйов С.О., Стрижак П.Є. Спосіб одержання каталізатора для автономного генератора тепла на основі безполум’яного спалювання газоподібного вуглеводневого палива. // Патент України №103813 від 25.12.2015.

 

Бойчук Т.М., Кирієнко П.І., Орлик С.М., Соловйов С.О. Каталізатор знешкодження оксидів азоту (І, ІІ) у газових викидах. // Патент України №102710, від 10.11.2015.

 

Соловйов С.О., Кирієнко П.І., Попович Н.О., Курилець Я.П. Спосіб виготовлення каталізатора для очистки газових сумішей від оксидів азоту. // Патент України №85669, від 25.11.2013.

 

Канцерова М. Р., Орлик С. М., Соловйов С.О. Каталізатор для глибокого окиснення вуглеводнів. // Патент України №77552 від 25.02.2013.

 

Соловйов С.О., Курилець Я.П., Орлик С.М., Шамрай О.А. Спосіб виготовлення каталітичного реактора для пристроїв очищення відхідних газів автомобілів. // Патент України № 9027 від 25.05.2007.