Відділ окислювальних гетерогенно-каталітичних процесів

Zajigalov-bЗавідувач відділу
Зажигалов Валерій Олексійович
член-кореспондент НАН України,
доктор хімічних наук, професор
Телефон: + 38 (044) 452 73 76
Факс: + 38 (044) 452 93 27
E - mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Валерій Олексійович Зажигалов очолює відділ з 1999 р. Станом на листопад 2013 р. у відділі працює 17 спеціалістів, серед них 2 доктори наук, 6 кандидатів наук, 4 молодших наукових співробітника та 3 аспіранти. За цей період співробітниками відділу опубліковано 220 наукових статей, 3 окремі глави в колективній монографії, підготовлено до друку 1 монографію, отримано 2 патенти, а також захищені 3 кандидатські дисертації. 

 

Напрямки досліджень:


• вивчення реакцій селективного перетворення парафінових вуглеводнів (метану, етану, пропану, пентану і гексану) та повного окислення малих молекул (СО, H2S); 
• дослідження процесів одержання водню з вуглеводнів та їх похідних на нанодисперсних каталізаторах нанесених на металічні носії;
• каталітичне знешкодження шкідливих домішок метану, оксиду вуглецю, бензолу, фенолу, сірководню, меркаптанів в газовій фазі та водному середовищі;
• синтез та дослідження властивостей масивних та нанесених оксидних та метал-вуглецевих каталітичних композицій;
• створення фундаментальних основ екологічного фотокаталізу у водних розчинах.

Останнім часом у відділі розвиваються нові напрямки:


• нетрадиційні підходи для приготування нанодисперсних матеріалів, які відносяться до методів “зеленої хімії”, а саме механохімічний, ультразвуковий, мікрохвильовий, баротермальний (загальний випадок гідротермального методу) та іонна імплантація з метою одержання ефективних каталізаторів різних процесів та деяких функціональних матеріалів (сорбентів, електрокерамічних порошків) 
• фотокаталітичні процеси під дією ультрафіолетового та видимого опромінення;
• механо-, соно- та мікрохвильова каталітична деградація забруднювачів у водному середовищі

Основні результати за останні роки


• розроблені ефективні каталізатори селективного окиснення н-бутану в малеїновий ангідрид та н-пентану у фталевий, малеїновий та цитра коновий ангідриди;
• попередня механохімічна активація оксиду ванадію, та його використання в традиційному синтезі дозволяє одержати каталізатори з високою селективністю (95 - 96 %) по етилену (світове виробництво 100 млн. т/рік) при окислювальному дегідруванні етану;
• механохімічним методом синтезовані нанесені V-Ti-O композиції, які селективно окислюють о-ксилол до фталевого ангідриду при температурах на 100 0С нижчих ніж традиційні каталізатори; 
• здійснено прямий механохімічний синтез нанодисперсних порошків титанату барію, ніобатів літію та срібла; 
• показано, що механохімічна обробка оксидів та гідроксидів спричиняє значне їх активування в процесах фотодеструкції забруднювачів під дією видимого світла; 
• встановлена ефективність механо-, соно- та мікрохвильової деградації барвників у водних розчинах з використанням оксидів та перовскітів як каталізаторів; 
• показано можливість застосування комбінованого механохімічного та баротермального синтезів для одержання нанесених каталізаторів, здатних стабільно працювати в умовах використання реакційної суміші з підвищеною концентрацією вуглеводню;
• cтворено високоефективні каталізатори низькотемпературного окиснення сірководню на основі модифікованого різними способами активованого вугілля КАВ, а також Со-вмісні каталізатори селективного окиснення СО у надлишку водню;
• показана висока ефективність каталізатора складу VOх/Ti-MCM-41 у процесі дегідрування пропану до пропілену;
• іонна імплантація нікелю на поверхню фольги з нержавіючої сталі дозволяє одержати перспективний каталізатор синтезу водню з етанолу, який працює при температурах на 100 0С нижче ніж відомі аналоги;
• синтезовані нові титанцинкові та титанбарієві оксидні каталізатори, які більш ефективними у фото каталітичних процесах ніж з анатаз або оксид цинку 
• Встановлено, що в результаті різних обробок композиції V2O5/(NH4)2Mo2O7 (димолібдат амонію ДМА) у воді відбувається трансформація структури від грубодисперсної не- поруватої до ієрархічної мезо-макропоруватої (з питомою поверхнею 35-42 м2/г та об’ємом пор 0,4-1,1 см3/г), що підтверджено даними СЕМ та адсорбції азоту. Отримані модифіковані композиції є прекурсорами окислювальних каталізаторів.

Ris 1

 Рис. 1

Показано, що одно- та двохфазні зразки діоксиду титану демонструють відмінні властивості в процесах адсорбції катіонів та деградації барвників в водному середовищі. (див. рис. 2)

Ris 2 1Ris 2 2

Рис. 2

Ris 3aRis 3b

а                                                                                          б

Ris 3gRis 3v

в                                                                                             г


Морфологія поверхні зразків одержаних шляхом імплантації металів на поверхні нержавіючої сталі (атомно-силова мікроскопія): а –вихідна нержавіюча сталь, б – імплантат Al, в – імплантат Al після окиснення при 600 0С, г – імплантат Ni
Рис. 3

 

Ris 4aRis 4b
а                                                                                   б
Загальний вигляд зразків з імплантованими металами на поверхні нержавіючої сталі: а – імплантат Ni, б – імплантати Pd/Ni/Al
Рис. 4

Ris 5aRis 5b

а                                                                                   б
Вигляд з торцю зразків з металами імплантованими на поверхні нержавіючої сталі (скануючи електронна мікроскопія)
Рис. 5

Ris 6
Формування нанорозмірних областей кристалічності після механохімічної обробки V2O5 (ТЕМ) 
Рис. 6

Ris 7aRis 7b

а                                                                                   б
Морфологія частинок VPO каталізатора після традиційного синтезу (а) та застосування в синтезу V2O5 після його механохімчної обробки
Рис. 7

 

Властивості VPO каталізаторів, синтезованих традиційним та модифікованими способами в окисненні н-бутану

Показник* Спосіб приготування
Традиційний МХО прекурсора Попередня МХО V2O5
Тр, 0С  410   390 380 
 ХС4Н10, % 88  92   92
SMA, мол. %  63  70   72
YMA, мол.%  55   64 66 
WC 104  3,2   4,1  4,3

 

р – температура реакції, ХС4Н10 – ступінь перетворення вуглеводню, SMA – селективність по малеїновому ангідриду, YMA – вихід малеїнового ангідриду, WC - питома швидкість реакції, моль/м2 год


Співробітництво з іншими науковими центрами
Інститут каталізу та фізико-хімії поверхні ПАН (м. Краків, Польща), Люблінський Університет ім. Марії Кюрі-Склодовської, м. Люблін (Республіка Польща)
Політехнічний інститут ім. Т. Костюшко, м.Краків (Республіка Польща)
Університет м. Брешія (Італія), Університет м. Валенсія (Іспанія)
Інститут хімічної фізики, м. Єреван (Вірменія)
Університет м. Лілль (Франція)
Фріц-Хабер Інститут, м. Берлін (Німеччина) 
Інститут каталізу ім.. Г.К.Борескова СО РАН (м. Новосибірськ, Росія)
Університет «Львівська політехніка» (м. Львів, Україна)
Східно-Український університет ім.. В.Даля (м. Рубіжне, Україна)

Співробітники відділу
Зажигалов Валерій Олексійович, член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор. Область наукових інтересів: гетерогенний каталіз, кінетика та механізм каталітичних реакцій, синтез та модифікування каталізаторів, механохімія, сонохімія, іонна імплантація, промисловий органічний синтез, дослідження стану поверхні твердих тіл. Підготував 8 кандидатів наук. Має більш ніж 350 наукових публікацій, у тому числі 3 глави у монографії, 14 авторских свідоцтв, 3 закордонних патенти; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Капінус Евген Ілліч, доктор хімічних наук, старший науковий співробітник, спеціаліст в галузі фотохімії та фотокаталізу, люмінесценції та спектроскопії. Має 135 наукових статей, 10 патентів (з них 9 - зарубіжних) та підготував до друку 1 монографію. Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Бачерикова Ірина Василівна, кандидат хімічних наук з 1975 р., старший науковий співробітник, має звання старшого наукового співробітника за спеціальністю „фізична хімія”, фахівець в галузі рідиннофазного гетерогенного каталізу та рентгенофотоелектроннної спектроскопії. Має 108 наукових публікацій та 6 патентів 
Сидорчук Володимир Васильович, кандидат хімічних наук з 1985 р., старший науковий співробітник, має звання старшого наукового співробітника за спеціальністю „фізична хімія”, спеціаліст в галузі синтезу й дослідження властивостей дисперсних та поруватих матеріалів, адсорбентів та каталізаторів. Має 210 наукових публікацій, в тому числі 10 патентів та авторських свідоцтв; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Халамейда Світлана В’ячеславівна, кандидат хімічних наук з 2000 р., старший науковий співробітник, має звання старшого наукового співробітника за спеціальністю „фізична хімія”, спеціаліст в галузі розробки методів “зеленої хімії” для синтезу каталізаторів та сорбентів, нових процесів деградації забруднювачів у водному середовищі. Має 144 наукові публікації, у тому числі розділ в монографії; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Коновалова Надія Дмитрівна – кандидат хімічних наук з 1989 р., науковий співробітник, має звання старшого наукового співробітника за спеціальністю „фізична хімія”, спеціаліст в галузі гетерогенного каталізу. Має 95 наукових публікацій. Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Халявка Тетяна Олександрівна – кандидат хімічних наук з 2002 р., науковий співробітник, фахівець в галузі фотокаталітичних процесів. Має 83 наукових публікацій; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Копачевська Наталля Степанівна кандидат хімічних наук з 2011 р., науковий співробітник. Спеціаліст в галузі механохімічного синтезу оксидних каталізаторів. Має 16 наукових публікацій, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Бражник Дмитро Володимирович, молодший науковий співробітник. Фахівець у галузі синтезу та модифікування вуглець-вмісних каталізаторів для процесів низькотемпературного окиснення газових забруднювачів. Має 20 наукових публікацій; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Кізюн Олена Валеріївна, молодший науковий співробітник. Фахівець в галузі синтезу оксидних каталізаторів для процесів парціального окиснення вуглеводнів. Має 24 науковi публікації; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Діюк Олена Адамівна, молодший науковий співробітник. Спеціаліст в галузі синтезу масивних та нанесених ванадієвих каталізаторів для процесів селективного окиснення та окиснювального дегідрування вуглеводнів. Має 14 наукових публікацій; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Камишан Сергій Володимирович, молодший науковий співробітник. Фахівець у галузі фото каталітичних процесів та спектроскопії. Має 15 наукових публікацій.
Кузнецова Любов Степанівна – молодший науковий співробітник. Спеціаліст з диференційно-термічного аналізу. Має 14 наукових публікацій; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Булан Алла Костянтинівна - технік. 

Аспіранти відділу 
Азімов Федір Андрійович – Нетрадиційні синтези матеріалів для сучасної електроніки на основі оксидів ніобію та літію
Сачук Олена Володимірівна - .Механохімічний синтез композицій на основі оксиду церію 
Санжак Олена Володимирівна – Синтез промотованих композицій на основі оксиду титану для фотопроцесів

Публікації останніх років
1. V.A. Zazhigalov. Effect of mechanochemical treatment on the catalytic properties of V-, Mo-, Ti-containing oxides systems. – Theoret. Experim. Chem., 2013, v. 49, N 3, p.178-184. 
2. V. Sidorchuk, S. Khalameida, V. Zazhigalov, O. Zakutevskii. Some properties of a vanadium molybdenum oxide composite produced by mechanochemical treatment in various media. //Russ. J. Inorg. Chem., 2013, v.58, № 11, p.1349-1355.
3. Kernazhitsky L., Shymanovska V., Gavrilko T., Naumov, V., Kshnyakin V., Khalyavka, T. A comparative study of optical absorption and photocatalytic properties of nanocrystalline single-phase anatase and rutile TiO2 doped with transition metal cations // Journal of Solid State Chemistry. 2013. V. 198. P. 511-519.
4. Yu.P. Zaitsev, S.S. Stavitskaya, D.V. Brazhnik, N.N. Tsyba, V.F. Gaevskii. Absorption of hydrogen sulfide on starting and modified carbons produced from technical-grade lignin // Russ. J. Appl. Chem. – 2013. – Vol.86, Issue 7. – P. 1029-1035.
5. V. Sydorchuk, W. Janusz, S. Khalameida, E. Skwarek, J. Skubiszewska-Zieba, R. Leboda, V. Zazhigalov. Synthesis, structure and some properties of zirconium phosphate/ oxide support compositions // J. Therm Anal Calorim, 2012, V.108, N3 . P.1009-1016.
6. V.V. Sydorchuk, S.V. Khalameida, V.P. Klimenko, V.A. Mikheev, V.A. Zazhigalov Preparation and Properties of BaTiO3/Porous Oxide Composites// Inorganic Materials, 2012, Vol. 48, No. 9, pp. 925–930.
7. Е.И. Капинус, Кинетика фотокаталитической деструкции органических соединений: влияние концентраций субстрата и катализатора. // Журнал физ. химии, 2012, 86, № 8, С. 1435 – 1438.
8. V.V. Goncharov, V.A. Zazhigalov. Synthesis and properties of composites containing Ni and Al implanted in stainless steel. – Butlerov Comm., 2012, v.32, n 10-13, p. 68-74.
9. V.V. Goncharov, V.A. Zazhigalov. Physico-chemical properties of implants with Cr and Mo. – Europ. Appl. Sci., 2012, v. 1, p.399-403.
10. E. Skwarek, S. Khalameida, W .Janusz, V. Sydorchuk, N. Konovalova, V. Zazhigalov, J. Skubiszewska-Zieba, R. Leboda. Influence of mechanochemical activation on structure and some properties of mixed vanadium-molybdenum oxides// J. Therm Anal Calorim, 2011, V.106, N3, P.881-894.
11. D.V. Brazhnyk, I.V. Bacherikova, V.A. Zazhigalov, A. Kowal Modification of activated carbon KAU surface properties // Химия, Физика и Технология Поверхности. 2011. Т.2, №1, С. 41-52.
12. Е.И. Капинус. Флуоресцентные свойства наноразмерных сульфидов. // Журн. физич. химии, 2011, 85, № 4, 748-752.
13. Е.И. Капинус, Камышан С.В. Автоингибирование фотокаталитического восстановления сафранина и бихромата на анантазе // Теор. эксперим. химия 2011, 47, № 5, 297–301.
14. V.V. Honcharov, A.A. Klimash, V.O. Zazhygalov, V.N. Orlyk. Thermal studiesof catalytic elements with internal heating. – Phys. Chem. Solid State, 2011, v. 12, N 3, p. 762-767.
15. K. Wieczorek-Ciurowa, N. Litvin, V. Zazhigalov. Peculiarities of mechanochemical activation of MoO3 with respect to catalytic processing of bioethanol. – Przem. Chem., 2011, v. 90, N 7, p. 1404-1411.
16. Л.А. Вартикян, В.Т. Миносян, В.А. Зажигалов. Свойства нанесенного наноразмерного монокарбида вольфрама, синтезированног под действием ультразвука. – Фізика, хімія та технологія поверхні, 2011, т. 2, № 2, с. 164-170.
17. V. Sydorchuk, S. Khalameida, V. Zazhigalov, J. Skubiszewska-Zieba, R. Leboda, K. Wieczorek-Ciurowa. Influence of mechanochemical activation in various media on structure of porous and non-porous silicas // Appl.Surf. Sci, 2010, V.257, P.446-450.
18. V. Sydorchuk, V. Zazhigalov, S. Khalameida, E. Diyuk, J.Skubiszewska-Zieba, R. Leboda, L. Kuznetsova. Solvothermal Synthesis of Vanadium Phosphates in the Form of Xerogels, Aerogels and Mesostructures // Materials Research Bulletin, 2010, V.45, P.1096-1105. 
19. S. Khalameida, J.Skubiszewska-Zieba, V.Zazhigalov, R.Leboda, K.Wieczorec-Ciurowa. Chemical and phase transformation in the V2O5–(NH4)2Mo2O7 system during the mechanochemical treatment in various media. // J. Therm Anal Calorim, 2010, V.101. N3. P.823-832.
20. V.V. Sidorchuk, S.V. Khalameida, N.S. Litvin, V.A. Zazhigalov Vanadium- and Molybdenum-Containing Compositions Prepared by Mechanochemical and Following Thermal Treatments of V2O5/(NH4)2Mo2O7 (V/Mo = 0.7/0.3) // Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2010, Vol. 55, No. 6, pp. 848–856.
21. Kernazhitsky L., Shymanovska V., Gavrilko T., Puchkovskaya G., Khalyavka T., Naumov V., Kshnyakin V., Chernyak V., Baran J. Optical and photocatalytical properties of titanium manganese missed oxides // Materials Science and Engineering: B. 2010, V. 175. P. 48-55.
22. S.V. Khalameida, V. Sydorchuk, J. Skubiszewska-Zieba, R. Leboda, V. Zazhigalov. Synthesis, thermoanalytical, and spectroscopical studies of dispersed barium titanate. // J. Therm Anal Calorim, 2010, V.101. N.2, P.779-784.
23. V. Sidorchuk, V. Zazhigalov, S. Khalameida, K. Wieczorek-Ciurowa. Mechanochemical Synthesis of BaTiO3 Using Different Forms of TiO2 // Inorganic Materials, 2010, V.46, N10, P.1126-1130.
24. A.V. Zazhigalov, S.A. Balakin, I.V. Bacherikova, V.A. Zazhigalov. Investigation of gold tissues surface from the cathedral of Assumption (Kyiv) sarcophagus. – Chem., Phys. Surf. Techn., 2010, v. 1, N 2, p. 209-218.
25. Д.В. Бражник, В.А. Зажигалов, Р.Р. Григорян, Л.А. Вартикян, Т.А. Гарибян. Использование природных цеолитов для создания катализаторов нейтрализации газовых выбросов. 2. Окисление СО // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2009. № 1. С. 27-32.
26. V.A. Zazhigalov, E.A. Diyuk, V.V. Sidorchuk, T.I. Mironyuk. Syjthesis ov vanadium-phosphorus oxide catalysts supported on pyrogenic silica nad titanium dioxide. – Kinetics Catal., 2009, v. 50, N 4, p. 587-596.
27. Халявка Т.А., Капинус Е.И., Викторова Т.И., Цыба Н.Н. Синтез и исследование физико-химических, сорбционных и фотокаталитических свойств наноразмерных титанцинковых композитов // Теор. и эксперим. химия. 2009. Т. 45, № 4. С. 223-226.
28. S.V. Khalameida, V.A. Zazhigalov, K. Vechorek-Tsyurova, N.A. Litvin. Mechanochemical preparation of vanadium- and molybdenum-containing catalysts: I. Mechanochemical actovation of vanadium oxide and ammonium dimolybdate., Russ. J.Inorg. Chem., 2009, v. 54, N 3, p. 368-376.
29. V. Sydorchuk, S. Khalameida, V. Zazhigalov. Hydrothermal deposition of vanadium phosphates onto carbon materials // Russian Journal of Applied Chemistry, 2009, V.82. N3. P. 343-351.
30. S.V. Khalameida, V.A. Zazhigalov, N.S. Litvin, K. Wieczorec-Ciurowa “Mechanochemical preparation of vanadium- and molybdenum- containing catalysts: II. The Effectof Mechanochemical Activation of VanadiumPentoxide + Ammonium Dimolybdate Compositions on Chemical and Phase Transformations // Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2009, V.54, N.12 P.1884-1890.
31. V.V. Sidorchuk, S.V. Khalameida, V.A. Zazhigalov “Formation of porous vanadium- and molybdenum-containing oxides during mechanochemical activation of pore-free powders” // Inorganic Materials, 2009, V.45, N.11. p.1275-1282.
32. V.A. Zazhigalov, S.V. Khalamieda, N.S. Litvin, I.V. Bacherikova, J. Stoch, L. Depero. Effect of te mechanochemical treatment of a V2O5/MoO3 oxide mixture on its properties. – Kinetics Catal., 2008, v. 49, N 3, p. 692-701.
33. E.V. Cheburakova, V.A. Zazhigalov. Reaction mechanism – based design of efficient VPO catalysts for n-C5H12 oxidation into phthalic, maleic, and citraconic anhydrides. – Kinetics Catal., 2008, v. 49, N 4, p. 552-601.

Інноваційні розробки відділу
1. Масивні каталізатори та нанесені каталізатори окиснення н-бутану в малеїновий ангідрид в реакторах з стаціонарним та киплячим шаром каталізатора з підвищеної селективністю та механічної міцністю, здатні працювати при підвищеному вмісті вуглеводню в реакційній суміші.
2. Каталізатори окиснення н-пентану во фталевий, малеїновий та метилмалеїновий (цитра-коновий) ангідриди.
3. Механохімічна модифікація оксидних каталізаторів для різних реакцій з підвищенням їх показників (активності та селективності) (рис. 6, 7, та таблиця) та механохімічний розклад води з одержанням водню та можливістю його застосування в різних технологічних пристроях.
4. Механохімічний, ультразвуковий та мікрохвильовий синтез нанодисперсних сегнетоелектриків - титанату барію, ніобату літію та ін. та фотокаталізаторів (рис. 2)
5. Синтез каталітично активних композитів на основі фольги з нержавіючої сталі методом низькотемпературної іонної імплантації для різних процесів, які до того ж мають високі параметри тепловіддачі та температуру поверхні і здатні замінити традиційні електронагрівачі на основі ніхрому (Рис.3-5) .
6. Каталітичні композиції на основі активованого вугілля для селективного окиснення сірководню при його низьких концентраціях до елементарної сірки з підвищеною активністю та строком експлуатації.
7. Каталізатори синтезовані механохімічним методом для вибіркового окиснення етанолу в етилен чи ацетальдегід з селективністю до 90 % (рис. 1) та каталізатори окислювального дегідрування етану та пропану з високою селективністю по етилену та пропілену, відповідно. 
8. Гетери водню на основі оксидів металів, здатні працювати при низьких температурах (рідкий азот) в системах транспорту чи зберігання водню.

JSN Mico template designed by JoomlaShine.com