Відділ гетерогенного кислотно-основного каталізу

Завідувач відділу

 

 

Брей Володимир Вікторович

доктор хімічних наук, професор,

член-кореспондент НАН України

тел. +380 (44) 452 01 27

факс +380 (44) 452 54 17

e-mail: brei@ukr.net

Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile

Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile

 

 

Відділ створено в 2003 році.

 

 

Основні наукові напрямки

 

  • дослідження закономірностей перебігу каталітичних реакцій з переносом протону;

  • синтез нових кислотних і оснόвних оксидних матеріалів;

  • розробка селективних каталізаторів для одержання хімічних продуктів широкого застосування на основі відновлювальної сировини;

  • практична направленість робіт пов’язана із розробкою нових каталітичних процесів переробки біоспиртів та моноцукрів.

 

Найважливіші наукові досягнення

 

  • На основі розвинутих уявлень щодо механізму трансформації спиртів за участю активних центрів металвмісних оксидів, синтезовано низку біфункціональних мідьвмісних каталізаторів каталізаторів для селективної конверсії ряду біоспиртів — етанол, гліцерин, сорбіт, тетрагідрафурфуриловий спирт.

  • Встановлено кореляцію між енергією активації реакції дегідрування первинних і вторинних спиртів на мідьвмісному каталізаторі і хімічним зсувом δ (R17OH)  досліджених спиртів. Показано, що здатність спиртів до дегідрування зменшується з підвищенням їх нуклеофільності. Запропоновано механізм дегідрування спиртів на кластерах металічної міді.

  • Запропоновано двостадійну схему гідрування доступного гліцерину до пропіленгліколю на Cu/Al2O3 каталізаторі, що дозволяє знизити тиск і кількість оборотного водню.

  • Запропоновано новий спосіб одержання оцтової кислоти з водних розчинів етанолу на мідь-вмісному каталізаторі. При цьому супутним продуктом є водень.

  • Запропоновано спосіб одержання етил лактату з етанольних розчинів гліцерину на СеO2/Al2O3 каталізаторі в присутності кисню. Зараз етил лактат розглядають як  вихідну речовину для одержання молочної кислоти, етил акрилату та мономерного лактиду.

  • Запропоновано ефективний, амфотерний ZrO2-TiO2 каталізатор синтезу молочної кислоти та этиллактату з 20% розчинів дигідроксиацетону в обводненому етанолі. Показано, два цільових продукти утворюються з рівною селективністю при 25-35% вмісті води в етанолі при 140°С та 1,0 МПа.

  • Знайдено селективний Сu/ZnO-Al2O3 каталізатор для прямого дегідрування відновлювального тетрагідрофурфурилового спирту до δ-валеролактону, що застосовується для виробництва поліестерів, які здатні біорозкладатись. При 260°С досягається 90% конверсія спирту з 80% селективністю за лактоном. Досліджено парофазну реакцію амідування δ-валеролактону аміаком у присутності водню і водяної пари на Сu/ZnO-Al2O3 каталізаторі, який забезпечує 80–90% конверсію лактону з 80% селективністю за лактамом при 250–280°С.

  • Вперше показано, що каталітичне дегідрування водних розчинів альдегідів на мідь-оксидному каталізаторі дозволяє одержувати аліфатичні і ароматичні карбонові кислоти.

  • Досліджено процеси одержання циклічних ацетацеталей пропіленгліколю та гліцерину, як високооктанових компонентів бензинів, на твердих кислотних каталізаторах. Показано, що найвищий вихід (83%) 2,4-диметил-1,3-діоксолану при 84% конверсії пропіленгліколю досягається на катіонообмінній смолі КУ-2.8 при 50°С.

  • Вперше одержано 2-етил-4-метил-1,3-діоксолан з селективністю у 99– 94% з пропіленгліколю, як єдиного джерела, на твердих кислотах сульфокатіоніті Dowex DR-2030 та оксидному ZrO2-SiO2 при 40-50°С.

  • Знайдено, що допування матриці ZrO2‑SiO2 іонами алюмінію приводить до утворення суперкислотних центрів із H0 = ‑14,52. Визначено, що суперкислотний ZrO2‑SiO2‑Al2O3 оксид ефективно каталізує олігомеризацію тетрагідрофурану з 68% виходом ацетату політетраметиленоксиду при 40°С, що перевищує промисловий ZrO2‑SiO2 каталізатор.

  • Запропоновано спосіб одержання сильнокислотного ZrO2‑SiO2 оксиду з концентрату природного циркону Малишевського родовища без використання інших джерел Si4+ та Zr4+ іонів.

  • Встановлено, що в крекінгу вакуумного газойлю цирконійсилікатні каталізатори, завдяки їх високій кислотності, забезпечують більший на 6 – 8% вихід бензинової фракції ніж промисловий цеолітний каталізатор.

 

 

Інноваційні розробки

 

  • Процес одержання 1,1-діетоксиетану з біоетанолу

  • Двохстадійний процес гідрування гліцерину до пропіленгліколю

  • Конверсія етанольного розчину гліцерину до етиллактату

 

 

 

Інноваційні проекти

 

Науково-дослідні роботи

з відомчої тематики:

  • «Каталітичне перетворення біоспиртів (етанол, гліцерин, сорбіт) у корисні хімічні продукти» 2013-2017.

  • «Каталітична конверсія моноцукрів у хімічні продукти широкого застосування» 2017-2021.

за програмно-цільовою та конкурсною тематикою:

  • Цільова комплексна програма наукових досліджень НАН України “Біологічні ресурси і новітні технології біоенергоконверсії”, 2013-2017

 за договірною тематикою з ТОВ «Виробнича група Техінсервіс», Україна:

  • «Розробка каталітичних способів одержання етилацетату, н-бутанолу та 1,1-діетоксиетану з біоетанолу з його випробуванням на дослідній установці», 2009-2015;

  • «Іонообмінне та ультрафільтраційне очищення пектину», 2016;

  • «Амідування пектину», 2017;

 

Захист дисертацій співробітниками відділу

 

2015 Бодюл Н.С.Олігомеризація тетрагідрофурану та бекманівське перегрупування циклогексаноноксиму в ε–капролактам на твердих кислотах – Дис. канд. хім. наук : 02.00.04 – фізична хімія – Інститут хімії поверхні ім. Чуйка НАН України, спеціалізована рада Д 26.210.01 – В.В. Брей

2016Іньшина О.І. Синтез та каталітичні властивості сильнокислотних ZrO2-SiO2 і ZrO2-SiO2-Al2O3 оксидів – Дис. канд. хім. наук : 02.00.13 – нафтохімія та вуглехімія – Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, спеціалізована рада Д 26.220.01 — В.В. Брей

 

 

 

Провідні співробітники відділу

 

 

Левицька Світлана Іванівна

ст.н.с., к.х.н.

Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile

Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile

Область наукових інтересів

Синтез змішаних основних, амфотерних та кислотних оксидів та розробка на їх основі ефективних твердих каталізаторів для переробки відновлювальної сировини.

 

Прудіус Світлана Володимирівна

 ст.н.с., к.х.н.

Посилання на профіль в сколарі:Google.Scholar.Profile

Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile

 

Область наукових інтересів

Синтез твердих кислотних та біфункціональних каталізаторів, та їх тестування в процесах перетворення поновлювальних речовин в продукти широкого застосування, зокрема одержання етиллактату з етанольних розчинів фруктози.

 

Шаранда Михайло Євстафієвич

ст.н.с., к.х.н.

Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile

Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile

Область наукових інтересів

Каталітичні перетворення поновлюваної сировини на твердих кислотних, основних та біфункціональних каталізаторах.

 

Варварін Анатолій Михайлович

ст.н.с., к.х.н.

Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile

Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile

Область наукових інтересів

Розробка способів трансформації біоспиртів та їх похідних, зокрема способу парофазної конденсації етиллактату до мономерного лактиду.

 

 

Список найважливіших публікацій за останні 5 років

 

  • Inshina O.I, Shistka D.V., Telbiz G.M., Brei V.V. Hammett function values for mixed ZrO2-SiO2 oxide at elevated temperatures // Phys. Technol. Surface 3 (2012) 395

  • Brei V.V., Sharanda M.E., Prudius S.V., Bondarenko E.A. Synthesis of acetic acid from ethanol-water mixture over Cu/ZnO-ZrO2-Al2O3    catalyst // Catal.  A 458 (2013) 196

  • Mylin A.N., Levytska S.I., Sharanda M.E., Brei V.V. Selective conversion of dihydroxyacetone-ethanol mixture into ethyl lactate over amphoteric ZrO2-TiO2 catalyst// Commun.  47 (2014) 36

  • Sharanda M., Sontsev V., Bondarenko E., Brei V. Two-stage conversion of glycerol into propylene glycol over Cu/Al2O3 catalyst // Chemistry & Chemical Technology 9 (2015) 89

  • Брей В.В., Іньшина О.І., Хоменко К.М. Каталізатори крекінгу. Цирконійсилікати як альтернатива алюмосилікатам //    Хімічна   промисловість    України   3 (2015) 33

  • Brei V.V., Varvarin A.M., Prudius S.V. Selective dehydrogenation of tetrahydrofurfuryl alcohol into δ-valerolactone and its amidation to δ-valerolactam over  Сu/ZnO-Al2O3 catalyst // Phys.Technol.Surface 7 (2016)  395

  • Милін А.М., Брей В.В.  Селективная конверсія етанольного розчину гліцерину у етиллактат на СеO2/Al2O3 каталізаторі // Укр.хім. ж. 82 (2016) 79

  • Inshina O.I., Korduban A.M., Telbiz G.M., Brei V.V.  Synthesis and study of superacid ZrO2-SiO2-Al2O3 mixed oxide //  Adsorption Science & Technology 35 (2017) 339

  • Брей В.В., Милін А.М. Дегідрування спиртів на мідному каталізаторі: кореляція між енергією активації реакції і хімічним зсувом δ (R17OH) // Укр.хім.ж. 83 (2017) 105

  • Варварін А.М., Левицька С.І., Брей В.В. Парофазна конденсація етиллактату до лактиду на SnO2/SiO2 каталізаторі // Доповіді НАН 1(2018) 73