НАЙВАЖЛИВІШІ ДОСЯГНЕННЯ ІНСТИТУТУ за 2022 рік (включені до загального Звіту про діяльність Національної академії наук України у 2022 році)
Розвиток хімічних знань про речовини та процеси
- Методами растрової та трансмісійної мікроскопії доведено топохімічний характер процесу утворення ZnMoO4 та Zn3V2O7 з оксидів за кімнатної температури та встановлено, що механохімічна та ультразвукова обробка прискорюють процес формування цих солей в 10-100 разів в порівнянні з традиційним способом.
(чл.-кор. НАН України В.О. Зажигалов, О.А. Діюк)
Нанохімія.
- Розроблено композитні катодні матеріали для гібридних джерел струму, в яких партнером нанопоруватого вугілля виступає літійований змішаний оксид нікеля-кобальта-алюмінія (LiNiCoAlO2, NCA). Було виготовлено 3 комірки, герметично упаковані в ламіновану алюмінієву фольгу, з наступними характеристиками: ємність 3 А-год, питома енергія 60 Вт-год/кг, максимальна робоча потужність близько 4 кВт/кг. За енергоємністю та потужністю ці величини значно перевищують досягнуті для відомих гібридних джерел струму.
(чл.-кор. НАН України Ю.А.Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.І. Чернухін)
Хімічна екологія
- Вивчено особливості очищення забрудненої ураном, цезієм та стронцієм води механохімічно активованим монтморилонітом. Доведено ефективнiсть застосування активованого монтморилоніту для видалення радіонуклідів: сорбція урану до 120 мкмоль/г, цезію до 370 мкмоль/г та стронцію до 280 мкмоль/г.
(І.А. Ковальчук, О.І. Закутевський)
Біологічно активні речовини
- На основі йоду та високодисперсного кремнезему (аеросилу) розроблено ефективний засіб для знезараження питної води в польових умовах.
(чл.-кор. НАН України В.В. Брей, І.З.Журавльов, Л.А. Купчик)
Нові високоефективні процеси та матеріали
- На основі запропонованого підходу для пошуку активних оксидів окиснення спиртів, що базується на зменшенні координаційного числа іонів О2- в гратці змішаного оксиду, розроблено ефективний нанесений CuO-CrO3/Al2O3 каталізатор окиснення парової суміші етиленгліколю та метанолу до метилгліколату як прекурсора для одержання біорозкладного полігліколату. Каталізатор забезпечує 80 % селективність за метилгліколатом з 95−100% конверсією етиленгліколю при 200−210 °C.
(чл.-кор. В.В. Брей, А.М. Варварін, С.В. Прудіус, С.І. Левицька)
- Методом баротермального синтезу з алкоксидних сполук ванадію та кремнію синтезовані VОХ/SiO2 каталізатори за атомним розподілом ванадію в тетраедричній координації в матриці оксиду кремнію, які виявляють високу активність в процесах парціального окиснення метану (вихід формальдегіду 18 % при продуктивності 9 моль/(кг кат год)), окислювальному дегідруванні пропану (вихід пропілену 19 % при продуктивності 6 моль/кг кат год)) та окислювальному дегідруванні н-бутану (вихід бутенів та бутадієну 17 % при продуктивності 12 моль/кг кат год)) та перевищують по своїм показникам відомі аналоги.
(чл.-кор. НАН України В.О. Зажигалов, О.В.Кізюн)
- З метою пошуку вуглецевих матеріалів, здатних забезпечити найбільшу питому потужність при розряді суперконденсатора, було протестовано ряд матеріалів, синтезованих в ІСПЕ НАН України, зокрема з використанням прекурсорів з шкаралупи кокосових горіхів. Визначено матеріали, на основі яких можна досягти питомої потужності на рівні 50 кВт/кг, що є світовим рекордом.
(чл.-кор. НАН України Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, Н.В. Cич, С.Г. Козачков)
НАЙВАЖЛИВІШІ НАУКОВІ ДОСЯГНЕННЯ ІСПЕ НАН УКРАЇНИ (2021)
Розвиток хімічних знань про речовини та процеси
- Синтезовано новий потрійний сильнокислотний ZrO2 SiO2–SnO2 оксид (H0 = −14.52), який забезпечує 80% вихід левулінової та мурашиної кислот при 100% конверсії фруктози за температури 180 0С.
(С.В. Прудіус, Н.Л. Гес)
Нанохімія
- Розроблено та випробувано композитні електроди (аноди) для гібридних джерел струму на базі суперконденсаторів та Li-іонних акумуляторів. Композит являє собою збалансовану суміш нанопоруватого вугілля, нанорозмірного титанату літію (Li4Ti5О12, LTO) і нанорозмірної сажі SPLi як електропровідної добавки, а також зв’язуючого. Визначено області робочих потенціалів такого композитного анода в апротонних електролітах та показано можливість його використання у гібридних джерелах струму з підвищеною енергоємністю та питомою потужністю.
(чл.-кор. НАН України Ю.А.Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.І. Чернухін)
- Вперше застосовано баротермальний метод для синтезу наноструктурованого молібдату цинку ZnMoO4, який дозволяє у 5 разів скоротити традиційний час синтезу та знизити температуру від 600 до 1700oС. Принципи «зеленої хімії», застосовані при реалізації цього способу, дозволять значно знизити енергозатрати та запобігти забрудненню вод при виробництві ZnMoO4 як барвника та каталізатора, зокрема, для окиснення етанолу до ацетальдегіду (вихід ацетальдегіду 92% при 240°С).
(О.А. Діюк)
Хімічна екологія
- Механохімічним та ультразвуковим методами синтезовано ряд оксидних нанорозмірних композитів на основі оксидів Ti, Ba, Zr, Zn та Cu, які виявили високу фотокаталітичну активність в деструкції водних розчинів гербициду (прометрин) та протимікробного медпрепарату (метронідазол)
(О.В. Сачук, О.В. Кізюн)
- Встановлено, що стабілізовані на глинистих мінералах нанодисперсні порошки нульвалентного заліза мають достатньо високі сорбційні характеристики ( 50-250 мкмоль/г) щодо вилучення іонів важких металів (Cu(II), Cd(II), Zn(II), Co(II), Cr(VI)) зі складних за вмістом стічних вод і можуть бути застосовані для очищення багатокомпонентних стічних вод гальванічних виробництв і гідрометалургійних підприємств. Показано, що за селективністю катіони важких металів утворюють ряд Cu > Zn > Co > Cd, властивий як природним глинистим мінералам монтморилоніту та палигорськіту, так і композиційним сорбентам.
(І.А. Ковальчук)
Біологічно активні речовини.
- Проведено оцінку сорбційної здатності ряду вуглецевих сорбентів стосовно холестеролу. Показано, що найвищі значення сорбції (7,3 мг/г) виявляє сорбент, одержаний хімічною активацією кісточок кизилу, проміжне положення (6,3 мг/г) займає сорбент, синтезований на основі кавового залишку. Промислове вугілля SORBEX має найнижчий показник сорбції холестеролу (5,3 мг/г).
(Н.В.Сич, Л.Й. Котинська, В.М.Вікарчук, І.А.Фарбун)
Нові високоефективні процеси та матеріали
- За розробленим методом модифікування поруватої структури та поверхні нанопоруватих вугільних порошків було одержано дослідну партію електродного матеріалу для суперконденсаторів. Спільно з ТОВ «Юнаско Україна» виготовлено дослідну партію суперконденсаторів, у кількості 5 штук, ємністю 120 Ф, які продемонстрували високу питому потужність у 20-25 кВт/кг протягом 40 тис. циклів заряд-розряд та стабільні характеристики у діапазоні температур від -40 до 600 oС.
(чл.-кор. НАН У Ю.А.Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський)
- Знайдено селективний мідьоксидний каталізатор для гідрогенолізу глюкози до етиленгліколю. Застосування 20% розчинів глюкози в етиленгліколі дозволяє знизити тиск водню до 0.5 МПа і одержати 90% вихід етиленгліколю при 180 oС з 100% конверсією глюкози.
(М.Є. Шаранда, чл.-кор. НАН України В.В. Брей)
НАЙВАЖЛИВІШІ НАУКОВІ ДОСЯГНЕННЯ ІСПЕ НАН УКРАЇНИ (2020)
Розвиток хімічних знань про речовини та процеси
- Запропоновано новий екологічний (обробка суміші оксидів металів у водному середовищі), енергозберігаючий та швидкий (20 хв) метод синтезу чистої фази α-молібдату цинку, який застосовується в промисловості, зокрема, як антикорозійна добавка та пригнічувач диму у складі ПВХ. Синтезовані зразки мають унікальну ниткоподібну структуру, більш високу питому поверхню, ніж зразки, одержані традиційним способом.
(О.А. Діюк, О.В. Сачук)
- З використанням гідротермальної карбонізації синтезовано гідро карбон «hydrochar» із кавового шламу. Встановлено, що вихід продукту сягає 60-94%. Показано, що зразки характеризуються виключно мезопоруватою структурою при питомій поверхні у 12 до 27 м2/г. Одержані зразки проявляють знебарвлюючу здатність за метиленовим блакитним в межах 50-108 мг/г. З′ясовано, що гідротермальна карбонізація призводить до утворення зразків вугілля з вмістом кисневмісних функціональних груп СОЄ=1,0-1,2 мг-екв/г.
(Н.В. Сич, О.М Пузій)
Нанохімія
- Вперше методом механохімічної обробки синтезовано титанат кальцію у вигляді призматичних нанокристалів (23-26 нм), який є високоактивним каталізатором одержання водню з етанолу та ефективним фотокаталізатором знешкодження відходів виробництва лікарських препаратів, на прикладі левоміцетину.
(О.В.Сачук )
Хімічна екологія
- Вивчено фізико-хімічні особливості очищення стічних вод від складної суміші важких металів (Cu(II), Cd(II), Zn(II), Co(II), Cr(VI)). Показано ефективність застосування композиційних залізовмісних сорбентів для їх очищення.
(чл.-кор. НАН України Б.Ю. Корнілович, І.А. Ковальчук )
- Розроблено спосіб сорбційного очищення водних розчинів, що містять іони Cs(I) та Sr(II) дрібнозернистим силікатом титану, яка додатково включала стадію упарювання. Виявлено, що найбільш ефективно в цих умовах видаляються іони стронцію, зокрема, використання запропонованого способу дає змогу сконцентрувати до 3,8 мг-екв/г іонів Sr(II) при зменшенні об’єму розчину до 0,1 л (кубовий залишок).
(О.І. Закутевський, Л.Й. Котинська, М.Ф.Ковтун)
- Розроблено та випробувано в промислових умовах спосіб виготовлення вуглець-мінерального ентеросорбенту, що передбачає змішування природного мінерального матеріалу (трепелу) та подрібненого лігно-целюлозного відходу (соняшникового лушпиння, кавового шроту, соргової багаси) у ваговій пропорції 1:5-7 з наступною карбонізацією при 450-500оС в атмосфері насиченої водяної пари. Одержаний сорбент містить 70-80% мінеральної та 20-25% вуглецевої складової, має розвинуту мікро- мезопорувату структуру та катіонообмінну ємність до 1 ммоль Н+/г. Виготовлено дослідну партію ентеросорбенту (800кг), яка проходить випробування для застосування у птахівництві та тваринництві.
(Л.А.Купчик )
Нові високоефективні процеси та матеріали
- Оптимізовано умови модифікації поруватої структури і поверхні електродних матеріалів суперконденсаторів за допомогою мікрохвильової обробки, яка дозволяла проводити травлення і модифікацію пори «зсередини». Варіювали потужність і час обробки, реагенти травлення і гранулометричний склад матеріалу. В результаті, з втратами на обгар не більше 5-7%, електростатичну ємність електродів було збільшено на 50%. Проєкт по розробці та впровадженню накопичувачів енергії / суперконденсаторів в листопаді цього року було включено Кабінетом Міністрів України в перелік пріоритетних для держави інвестиційних проектів на 2020-2023 роки.
(Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський)
- Знайдено умови селективної конверсії фруктози в метиллактат як вихідної речовини для одержання полілактиду. Показано, що використання 4.8% розчину фруктози у 80% метанолі та проведення реакції в проточному режимі при 180 °С, 3.0 МПа при навантаженні на SnO2/Al2O3 каталізатор у 1.5 ммоль C6H12O6/млкат/год дозволяє одержати метиллактат з виходом у 65 -70 моль% при 100% конверсії фруктози.
(чл.-кор. НАН України В.В. Брей, С.В. Прудіус, А.М. Милін, Н.Л. Гес)
- Розроблено новий золь-гель спосіб синтезу композитів на основі гідратованого оксиду титану з використанням технологічного розчину титанілсульфату. Максимальна адсорбційна ємність одержаного сорбенту 5TiO(OH)2-2Fe(OH)3-Ce(OH)4 при видаленні фосфат аніонів складає 3.4 ммоль/г , що значно перевищує значення ємності (2.4 ммоль/г) для відомих аналогів.
(І.В. Романова, Д.В., Тарновський, Т.А.Ходаковська)
НАЙВАЖЛИВІШІ НАУКОВІ ДОСЯГНЕННЯ ІСПЕ НАН УКРАЇНИ (2019)
Розвиток хімічних знань про речовини та процеси
- Запропоновано принципово нову гібридизацію електрохімічної системи Li-іонний акумулятор – суперконденсатор, коли обидва електроди і електроліт містять компоненти з обох технологій. Проведені дослідження показали, що у порівнянні з гібридизацією тільки одного електроду, при якій енергоємність суперконденсатору збільшувалася від 15-20 кДж/кг до 40 кДж/кг, при гібридизації обох електродів можливе збільшення питомої енергії сягає 120-130 кДж/кг.
(Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський, С.I. Чернухін, Д.О. Третьяков)
- Розроблено альтернативний спосіб утилізації відходів целюлозно-паперової промисловості – лігносульфонату шляхом переробки на високоефективні вуглецеві адсорбенти з виходом до 55%. Одержані вуглецеві адсорбенти мають розвинену порувату структуру (питома поверхня до 1370 м2/г, загальний об’єм пор 0,97 см3/г) та містять велику кількість (до 3,3 ммоль/г) поверхневих груп (фосфатні, карбоксильні, фенольні), що забезпечує високу адсорбційну здатність до іонів важких металів. Характерною особливістю розроблених вуглецевих адсорбентів є здатність поглинати іони міді у сильно кислому середовищі (рН=2). Завдяки комплексу властивостей одержані вуглецеві адсорбенти є перспективними для очистки води та вилучення іонів важких металів.
(О.М. Пузій)
Нанохімія
- Показано перспективність використання Ті-вмісних нанокаталізаторів, імплантованих на металічні носії (алюміній та мідь), у процесі фотокаталітичного видалення бензолу (50 ГДК) як з його водних розчинів, так і з газових сумішей.
(Д.В. Бражник, О.В. Санжак)
Хімічна екологія
- Одержано амінопохідні та органофілізовані природні силікати – бентоніту та палигорськіту і досліджено їх сорбційні та електроповерхневі властивості. Показано, що синтезовані композиційні матеріали дозволяють забезпечити рівні очищення забруднених вод від сполук арсену та урану (VI) до 92-95%.
(чл.-кор. НАН України Б.Ю. Корнілович, І.А. Ковальчук)
- Розроблено спосіб нанесення фосфату цирконію на гранульований силікагель. Синтезовано і досліджено метал-заміщені Mg2+-, Ca2+-, Bа2+- форми фосфату цирконію, нанесеного на SiO2. Вивчено сорбцію іонів Cs+ та Sr2+ при вихідних концентраціях до 10 мг/л і знайдено, що найкращі сорбційні властивості має Mg2+- форма композиту. Коефіцієнти розподілу для іонів Sr2+ та Cs+ становлять 8000 та 1800 відповідно. Дослідну партію сорбенту (10кг) передано на Чорнобильську атомну електростанцію для пілотних випробовувань технології сорбції радіонуклідів з трапних вод.
(І.З. Журавльов)
- Розроблено спосіб одержання силікагелів, модифікованих оксидами ряду перехідних металів, сорбційні властивості яких перевірено на здатність вилучати фосфат-іони з водних розчинів. Такі матеріали можуть бути застосовані при очищенні стічних вод, підготовці питної води, а також у медицині. Показано, що максимальну кількість фосфату вилучає силікагель, що містить на поверхні 6 мг/г оксиду церію. Максимальна сорбційна ємність по фосфат-аніонах при рН=4 складає 10 мг/г при мольному співвідношенні Се4+:PO43-=1:2.63.
(І.В. Романова, Т.А. Ходаковська)
- Розроблено та напрацьовано експериментальну партію (1000 кг) гранульованого біосорбційного композиту Грандетокс для очищення ґрунтів від накопичених пестицидів різного типу. Проведені польові випробування Грандетоксу на експериментальному полі агропідприємства ТОВ “Баришевська зернова компанія” на площі 5000 м2 під посіви кукурудзи та цукрового буряка. За 3 місяці концентрацію агрохімічного забруднення грунту знижено на 70%. Зелена маса у вегетаційний період розвитку цукрових буряків збільшилась на 20-30%, вага коренеплодів – в 1,5 рази, вага початків кукурудзи – на 20%.
(А.В. Хохлов, Л.Й. Хохлова)
Нові високоефективні процеси та матеріали
- У лабораторних умовах оптимізовано процес одержання оксиду пропілену на цеолітному каталізаторі з пропілену та пероксиду водню (50С/3.0МПа) із застосуванням ацетонітрилу як розчинника замість токсичного метанолу. Спільно с ТОВ «Виробнича група Техінсервіс» розроблено нову технологію одержання оксиду пропілену (НРРОа process) та розпочато будівництво пілотної установки потужністю 2000 тонн ОП/рік на ТОВ «Карпатнафтохім» у м. Калуші.
(чл.-кор. НАН України В.В. Брей, М.Є. Шаранда, С.В. Прудіус, А.М. Милін)
НАЙВАЖЛИВІШІ НАУКОВІ ДОСЯГНЕННЯ ІСПЕ НАН УКРАЇНИ (2008 – 2018)
Розвиток хімічних знань про речовини та процеси
- Розроблено нові методи допіювання активованого вугілля гетероатомами азоту і показано високу сорбційну здатність цих матеріалів по відношенню до парникових газів, та перспективність їх використання в суперконденсаторах.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.А. Трихліб, Ю.П. Зайцев)
- Розроблено оригінальні методи синтезу аморфних силікатів титану і цирконію; оптимізовано їх хімічний склад та параметри поруватої структури для використання в якості гемо- та ентеросорбентів в медицині, а також для селективного видалення радіонуклідів цезію, стронцію, урану і трансуранових елементів при очищенні рідких радіоактивних відходів.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, Т.С. Псарева, І.З. Журавльов)
- Запропоновано ефективний, амфортерний ZrO2 – TiO2 каталізатор синтезу екологічно безпечного розчинника – этиллактату з дигідроксиацетону. Вихід продукту становить 70 – 90 % при 140 – 150 0С, що в 2 – 3 рази перевищує результати відомі з патентної літератури.
(чл.-кор. НАН України В.В. Брей, С.І. Левицька)
- З використанням методів ЯМР та обертового дискового електроду визначено параметри рухливості йонів органічних електролітів в нанопорах вугільних електродів суперконденсаторів. Це дозволило виготовити макетні зразки суперконденсаторів, що суттєво перевершують аналогічні вироби провідних світових компаній за електротехнічними показниками.
(д.х.н. Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський)
- Вперше виявлено істотний вплив гетероатомів фосфору на електрохімічні властивості вуглецевих матеріалів, зокрема на ємнісні параметри вугільних суперконденсаторів подвійного електричного шару.
(д.х.н. О.М.Пузій)
- Виявлено сорбційний синергічний ефект комбінованого модифікування вуглецевих сорбентів окисненням їх поверхні і іммобілізацією дисперсними оксидами Ti, Fe, Al; ефект проявляється в багаторазовому збільшенні сорбційної ємності та селективності по відношенню до йонів багатовалентних металів.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, О.П. Кобулей, Т.С. Псарьова)
- Вперше з використанням квантово-хімічних методів обгрунтовано корректність моделювання вуглецевих наноматеріалів графеновими кластерами з відкритими електронними оболонками. Зокрема, встановлено молекулярну будову та енергетичні параметри модифікованих гетероатомами графенів, що дозволило інтерпретувати механізми впливу гетероатомів на процеси формування вуглецевих наноутворень, та ефекти впливу гетероатомів на каталітичні, фотокаталітичні та редокс властивості активованого вугілля.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, д.х.н., проф. Ю.І. Горлов)
- Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено доцільність моделювання поруватих вуглецевих матеріалів графеновими нанокластерами з відкритими електронними оболонками.
(проф. Ю.І Горлов, академік НАН України В.В. Стрелко)
- З використанням квантово-хімічного (ab initio) методу обгрунтовано вперше сформовану нами гіпотезу та уявлення про іонообмінний механізм склеротичної мінералізації судин внаслідок оксидативного стресу в організмі
(акад. НАН України В.В. Стрелко, Ю. І. Горлов)
- За допомогою неемпіричних квантово-хімічних розрахунків одержано нові дані щодо властивостей двошарових нанографенових сендвічів, в яких один з нанографенів (радикал) є донором електрона, а другий – акцептором електрона. Взаємодія подібних нанографенів супроводжується значним зменшенням енергетичної щілини між граничними орбіталями і переносом неспареного електрона, що дозволяє пояснити ряд важливих особливостей хімії наноструктурованих вуглецевих матеріалів.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, Ю. І. Горлов)
Нанохімія
- Показано, що модифікація поверхні нанопористих вуглецевих матеріалів атомами азоту та фосфору дозволяє суттєво (до 15-20 %) покращити їх характеристики при використанні в якості електродів суперконденсаторів.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, д.х.н. Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова)
- Методом низькотемпературної іонної імплантації синтезовано нанорозмірні Ni-Al-оксидні композити на поверхні металічного носія (сталевої фольги) і показано їх високу ефективність в каталітичних процесах одержання водню із етанолу при температурах нижче 200 0С; встановлено також роль пероксидного кисню в селективному окисненні метану до формальдегіду за участю ряду оксидних каталізаторів з іммобілізованими поверхневими пероксокомплексами.
(чл.-кор. НАН України В.О. Зажигалов, О.А. Діюк)
- Вперше показано, що формування нанодисперсних часток оксиду молібдену в результаті механохімічної обробки МоО3 веде до утворення, в залежності від умов обробки, високо селективного каталізатора окиснення етанолу в ацетальдегід (90 %) або етилен (87 %) при низьких температурах, 200 °С та 270 °С відповідно.
(чл.-кор. НАН України В.О. Зажигалов, Н.С. Литвин)
- Методом гідротермальної конверсії отримано нанорозмірні діоксид титану та титанати лужних металів у формі сфер, стрижней, стрічок. Показано, що такі матеріали з питомою поверхнею до 400 м2/г є перспективними для виготовлення електродів хімічних джерел струму.
(Т.Є. Теріковська, Т.В. Ліснича, д.х.н. проф. С.О. Кирилов)
- Показано, що застосування мікрохвильової обробки при синтезі оксидних ванадій-магнієвих каталізаторів дозволяє одержати нанодисперсні частинки активного компоненту в матриці носія і синтезовані зразки мають високу фотокаталітичну активність при деградації барвників в водному розчині під дією видимого світла.
(чл.-кор. НАН України В.О. Зажигалов, Халамейда С.В.)
- Отримано експериментальні докази ролі нанорозмірних ультрапор в селективній сорбції іонів амонію, а також вираженої селективності при поглинанні іонів важких металів, включаючи радіоцезій.
(акад. НАН України В.В.Стрелко, С.І. Мелешевич)
- Вперше шляхом ультразвукової обробки синтезовано нанодисперсні п`єзоелектричні матеріали: титанат барію, а також ніобати літію та срібла з розвиненою питомою поверхнею.
(чл.-кор. НАН України В.О.Зажигалов, С.В. Халамейда, В.В. Сидорчук)
- Розроблено новий метод темплатного синтезу нанопоруватого активованого вугілля з надзвичайно розвиненою питомою поверхнею (~до 2500 м2/г) з використанням зразків цього наноструктурованого вугілля створено суперконденсатори подвійного шару з суттєво вищими, ніж у аналогів параметрами робочої напруги, питомої енергії і потужності.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.Є. Гоба, С.О. Зелінський, Н.Г. Стрижакова, д.х.н. Ю.А. Малєтін)
- З використанням новітніх вуглецевих наноматеріалів створено модулі суперконденсаторів, які демонструють істотно кращі експлуатаційні параметри в порівнянні з відомими світовими аналогами.
(Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський)
- Проведено порівняльні дослідження наступних графеноподібних матеріалів і літієвих форм нанодисперсних оксидів титану: (а) відновлений графен (Graphenea, Іспанія); (б) нанопоруватi вугільнi матеріали з прекурсорів природного походження (Латвійський державний інститут хімії деревини); (в) нанорозмірні титанати літію EXM1979 (Johnson Matthey/Sud Chemie) та BE-10 (NEI Co.). Здійснено також їх попереднє випробування в макетах суперконденсаторів, яке підтвердило недостатньо високу ємність графену Graphenea, що обумовлено його порівняно невисокою питомою поверхнею (450 м2/г). З іншого боку, найбільш висока енергоємність (~40 кДж/кг) була досягнута при використанні як анодного матеріалу наноструктурного титанату літію в суміші з нанорозмірними вуглецевими матеріалами компаній IMERYS (C-NERGY C65 та Super PLi) з розміром часток порядку 40 нм. Показано, що використання таких композитних електродних матеріалів дозволяє вдвоє підвищити енергоємність суперконденсаторів.
(Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський, Д.О. Третьяков)
- Синтезовано новий тип фотокаталізаторів, які містять імплантовані нанорозмірні сполуки титану в структурі фольги з нержавіючої сталі та проявляють високу фотокаталітичну активність в деградації бензолу у водному розчині при опроміненні виключно видимим світлом, що значно спрощує технологію нейтралізації шкідливих забруднень навколишнього середовища.
(Д.В. Бражник, чл.-кр. НАН України В.О.Зажигалов)
Хімічна екологія
- Розроблено екологічно чисту золь-гель технологію одержання сферично гранульованих сорбентів в повітряному протитоці. На створеній дослідно-промисловій установці одержано гранульовані зразки діоксидів цирконію і кремнію та фосфатів титану і цирконію.
(акад. НАН України В.В.Стрелко, В.А.Каніболоцький, М.П.Рижук, В.І.Яковлєв, Ю.М. Килівник).
- Методом дублювання полімерної матриці одержано високопоруваті склокристалічні матеріали на основі системи Na2O-MgO-CaO-Al2O3-SiO2 та показано їх ефективність для видалення радіонуклідів з підземних вод.
(чл.-кор. НАН України Б.Ю. Корнілович, Т.І. Денисова)
- Показано високу ефективність культур бактерій, взятих з радіоактивно забруднених площадок щодо відновлення урану (VI) в анаеробних умовах. Отримані результати застосовані при спорудження дослідно-промислового проникного реакційного бар`єру для запобігання радіоактивного забруднення підземних вод в українському центрі уранового виробництва – м. Жовті води.
(чл.-кор. НАН України Б.Ю. Корнілович, І.А. Ковальчук)
- Розроблено рецептури спеціалізованих сорбентів та біокаталізаторів для отримання високоякісної та екологічно безпечної аграрної продукції. З використанням рослинних відходів в композиції з цеолітами виготовлено експериментальні зразки таких сорбентів та проведено їх попередні успішні випробування в лабораторних та польових умовах (із залученням Інституту агроекології та природокористування НААНУ). Розроблено способи отримання спеціалізованих вуглецево-мінеральних сорбентів на основі рослинних відходів (соломи, тирси, рисового та соняшникового лушпиння) та цеоліту для підвищення продуктивності ґрунтів та отримання екологічно безпечної аграрної продукції. В польових умовах показано, зокрема, можливість регулювання мікроелеменного складу аграрної продукції сорбентами, що дозовано виділяють мікроелементи в період вегетації.
(Л.А. Купчик, В.А. Трихліб, І.І. Малєтіна, акад. НАН України В.В. Стрелко)
- Розроблено комбіновані полімерно-кремнеземні сорбенти екологічного призначення для селективного поглинання мікрограмових кількостей ртуті з технологічних розчинів та промислових газових викидів.
(академік НАН України В.В. Стрелко, В.А. Трихліб, В.А.Каніболоцький )
- Випробувано в польових умовах створений на основі природних мінералів сорбент, що дозволяє в пролонгованому режимі (2 роки) проводити контроль життєво важливих мікроелементів (Zn, Cu та ін.) в овочевих та зернових культурах.
(Л.А.Купчик, В.А. Трихліб, акад. НАН України В.В. Стрелко)
- Синтезовано нанодисперсний каталізатор – нітрогенвмісний TiO2, на силікагелі, який здатний ефективно знешкоджувати бензол та фенол в їх водних розчинах та в газовій фазі під дією ультрафіолетового та видимого випромінення.
(чл.-кор. НАН України В.О Зажигалов, к.х.н. Д.В Бражник)
- Встановлено закономірності золь-гель синтезу сорбційних матеріалів на основі смектитів з регульованими гідрофільно-гідрофобними параметрами поверхні, які здатні ефективно видаляти як катіонні, так і аніонні форми урану.
(чл.-кор. НАН України Б.Ю. Корнілович, І.А. Ковальчук)
- Встановлено фізико-хімічні закономірності іонообмінної адсорбції сполук урану та кобальту композиційними сорбентами на основі монтморилоніту та палигорськіту. Показано, що пiдбiр хiмiчного складу сорбентів на основі нанокомпозитiв монтморилоніту та осадженого кремнезему дає змогу регулювати їх порувату структуру та хiмiю поверхнi і, таким чином, збiльшити ефективнiсть матеріалів щодо сполук урану та кобальту.
Доведено, що використання природного та органомодифікованого палигорськіту як підложки для іммобілізації наночастинок заліза дає можливість їх стабілізації та забезпечення високої реакційної здатності. При цьому органофілізація поверхні палигорськіту з використанням катіонної ПАР дає змогу одержати матеріал з кращими сорбційними властивостями у порівнянні з сорбентами на основі природного палигорськіту.
(чл.-кор. НАН України Б.Ю. Корнілович, І.А. Ковальчук)
- Розроблено хімічно та біологічно модифікований сорбент комплексної дії на основі лігноцелюлозовмісних рослинних відходів типу нативної та піролізованої багаси для знешкодження антропогенних токсикантів (іонів важких металів, пестицидів та вуглеводнів) в грунтах. Встановлено, що для вилучення іонів міді, кадмію і свинцю більш придатна фосфорильована та карбоксильована піролізована форми, а для нікелю більш ефективна карбоксильована.
Вивчено використання іммобілізованих форм сульфатвідновлювальних бактерій (СВБ) на запропонованих сорбентах для зв’язування іонів важких металів (Pb, Zn, Cd, Cu) у сольових і ґрунтових модельних системах за рахунок утворення на поверхні біоактивованого сорбенту нерозчинних сульфідів.
Розроблено методику оцінювання поліелементного забруднення грунтів іонами токсичних важких металів, визначено ступінь забрудненості грунту у м. Маріуполь (категорія катастрофічного забруднення).
(Л.Й. Хохлова, Л.А. Купчик, А.В. Хохлов)
- Розроблено екологічний спосіб одержання вуглецевих адсорбентів з відходів целюлозно-паперової промисловості – лігносульфонату. Показано, що одержане вугілля має досить розвинену питому поверхню 770 м2/г, об’єм пор 0,45 см3/г та кислотні поверхневі групи 1,4 ммоль/г. Показано перспективність використання одержаних адсорбентів при поглинанні йонів важких металів з розчинів
(О.М Пузій)
Біологічно-активні речовини
- Проведено порівняльне дослідження адсорбційної здатності та кінетики адсорбції триптофану, аргініну, індолу і креатиніну на вугіллі Карбон та AST-120 (препарат Kremezin®, Японія). Показано, що більш висока адсорбційна здатність і швидкість адсорбції вугілля Карбон по відношенню до всіх вивчених речовин досягається за рахунок великого вмісту в ньому мікропор (>55 %).
(І.А Фарбун, В.А.Трихліб, Є.В. Ісаєва)
Нові високоефективні процеси та матеріали
- Вперше показано перспективність медичного застосування нових неорганічних іонітів на основі високопоруватих аморфних силікатів титану та цирконію при очищенні та регенерації діалізної рідини в системах штучної нирки, включаючи їх портативні різновиди (домашній діаліз, атономна штучна нирка).
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.А. Трихліб, С.І. Мелешевич, В.І. Яковлєв, О.В. Олексієнко)
- Розроблено та успішно випробувано новий коагуляційно-сорбційний метод глибокої очистки рідких радіоактивних відходів об`єкту «Укриття» від радіоактивних колоїдів і всього спектру радіонуклідів, в тому числі ізотопів урану та трансуранових елементів.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.А.Каніболоцький, Т.С. Псарьова, І.З. Журавльов, В.І. Яковлєв, О.І. Закутевський)
- Розроблені і випробувані в експерименті, а також на добровольцях та в клініці нові вуглецеві гемосорбенти, а також композитні ентеросорбенти для корекції сольового складу організму і виведення із біологічних середовищ широкого спектру шкідливих та токсичних речовин, включаючи радіонукліди. Створено та досліджено експериментальні зразки спеціалізованих кормових добавок для профілактики та лікування харчових токсикозів.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.А. Трихліб, Л.А. Купчик)
- Вперше синтезовано та досліджено новий різновид нанопоруватих, термостійких фосфатів цирконію, перспективних для використання в екологічному каталізі та медицині.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, І.З. Журавльов)
- Розроблено спосіб одержання наноструктурованого функціоналізованого вуглецевого матеріалу шляхом одночасної карбонізації та функціоналізації вуглецевої сировини у порах неорганічного темплату. Показано, що розроблений спосіб дозволяє одержати одноріднопористі нанорозмірні вуглецеві матеріали з питомою поверхнею 1200 – 1370 м2/г, об`ємом пор 0,8 – 1,0 см3/г та розміром пор 4 – 6 нм, які містять 4,1 – 4,4 ммоль/г кислотних поверхневих груп.
(д.х.н. О.М. Пузій)
- Розроблено нові гетерогенні каталізатори основного і кислотного характеру та виявлено їх високу активність в реакціях одержання біодизелю; створено також серію біфункціональних металванадійфосфатних каталізаторів нового процесу одержання диметилмалеїнового ангідриду шляхом прямого окиснення н-гексану.
(чл.-кор. НАН України В.В.Брей, чл.-кор. НАН України В.О. Зажигалов)
- З використанням природної, екологічно чистої сировини розроблено основи технологічних процесів одержання нових ентеросорбентів та сорбуючих кормових добавок багатоцільового призначення.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, Л.А. Купчик)
- На основі гранульованого мікропоруватого активованого вугілля з кокосової шкаралупи (Chemviron Carbon 6070C) розроблено високоефективні вуглецеві адсорбенти з полімодальною поруватою структурою, представленою переважно розвиненими мікро- та мезопорами. Розроблений сорбційний матеріал планується для застосування в медицині (ентеросорбенти, гемосорбент, аплікаційний сорбент) та для охорони довкілля (водопідготовка, очистка стічних вод).
(акад. НАН України В.В. Стрелко, Н.В. Сич)
- Запропоновано спосіб одержання оцтової кислоти, який супроводжується виділенням водню, з водно-етанольної суміші через біфункціональний Cu/ZnO-ZrO2-Al2O3 каталізатор.
(чл.-кор. НАН України В.В. Брей, М.Є .Шаранда)
- Спільно з ТОВ «Виробнича група «Техінсервіс» успішно проведено пілотне випробування каталітичного процесу одержання етилацетату з етанолу на дослідній установці з переробкою 10 л спирту за годину.
(чл.-кор. НАН України В.В. Брей, М.Є. Шаранда)
- Розроблено хірургічний імплант на основі розсмоктувального целюлозного матеріалу та основні технологічні параметри процесу його одержання та використання.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.О. Денисович)
- Вперше синтезовано медичні ентеросорбенти у формі пасти на основі дисперсного силікату титану з вираженою антиоксидантною активністю та здатністю контролювати електролітний склад біологічних рідин організму.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, І.З. Журавльов, В.Г. Мільгрант)
- Запропоновано нові методи одержання синтетичного вугілля сферичної грануляції з контрольованою хімією поверхні і поруватою структурою.
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.А. Трихліб)
- Синтезовано вуглецеві молекулярні сита з високим фактором розділення суміші метан – вуглекислий газ.
(Ю.П. Зайцев, В.Ф. Гаєвський)
- Успішно проведені клінічні випробування нових вуглецевих гемосорбентів та подано заявки на їх реєстрацію в Україні з відповідними товарними знаками «КАРБОН» («CARBON») і «КАРБОН+» («CARBON+»).
(акад. НАН України В.В. Стрелко, В.А. Трихліб)
- Запропоновано двохстадійний процес одержання пропіленгліколю через гідрування гліцерину на Cu/Al2O3каталізаторі за 220 – 175 0С, який дозволяє суттєво зменшити затрати водню і одержувати на першій стадії гідроксиацетон, як корисний ко-продукт.
(М.Є. Шаранда, чл.-кор. НАН України В.В. Брей)
- На основі вітчизняного концентрату циркону з Малишевського родовища одержано цирконійсилікатний каталізатор крекінгу вакуумного газойлю, який за виходом бензину перевищує на 6-8 % традиційний промисловий алюмосилікатний каталізатор крекінгу.
(чл.-кор. НАН України В.В. Брей, С.І. Прудіус, К.М. Хоменко)
- Розроблено також методи золь-гель синтезу сферично гранульованих цирконійсилікатних сорбентів і носіїв каталізаторів з контрольованою мезопоруватою структурою та унікальною термохімічною стабільністю.
(академік НАН України В.В. Стрелко, В.І. Яковлєв)
- Синтезовано доповані гетероатомами азоту нові вуглецеві сорбенти, що проявляють здатність селективно поглинати і досить легко десорбувати вуглекислий газ. Виявлено їх перспективність використання, як сорбентів, в системах очищення від вуглекислого газу атмосфери гермооб`єктів та ізолюючих протигазів для аварійно-рятувальних робіт.
(академік НАН України В.В. Стрелко, В.А. Трихліб)
- На основі рисового лушпиння створено екологічні сорбенти нового покоління для міцного зв`язування в грунтах важких металів.
(академік НАН України В.В. Стрелко, І.З. Журавльов)
- Вперше, методами ультразвукової та механохімічної обробки суміші оксидів ZnО-MoО3 синтезовано нанорозмірні кристали α-ZnMoO4 у вигляді голок та β-ZnMoO4 у вигляді стержнів, відповідно. Показано, що одержані нанокомпозити селективно каталізують процес окислювального дегідрування етанолу з 92% виходом ацетальдегіду при 220 ºС
(чл.-кор. НАН України В.О Зажигалов, О.В Сачук, О.А Діюк)
- Вивчено закономірності адсорбції ароматичних і аліфатичних амінокислот активованим вугіллям і показано, що висока сорбційна здатність ароматичних амінокислот мало залежить від хімії поверхні вуглецевих матеріалів. Це дає можливість створити вуглецеві ентеросорбенти для контролю патогенного впливу ароматичних амінокислот на перебіг деяких біохімічних процесів в біологічних середовищах.
(І.А.Фарбун, А.М. Олексієвець, акад. НАН України В.В. Стрелко)
- Розроблено нові способи одержання високоактивних каталізаторів процесу окиснення етанолу до оцтового альдегіду, які дозволяють досягти 96-97% виходу продукту при низьких температурах реакції (200°С) та продуктивності близько 10 моль/кгкат/год.
(О.В.Сачук О.В., О.А.Діюк, чл.-кор. НАН України В.О.Зажигалов)
- Знайдено селективний SnO2-ZnO/Al2O3 каталізатор для одержання етиллактату з етанольних розчинів фруктози як поновлювальної сировини. Каталізатор забезпечує 100 % конверсію фруктози при 160 °С з 45–50 % виходом етиллактату.
(С.В. Прудіус)
- Запропоновано ефективний нанесений TiO2/SiO2 каталізатор для паро фазної конденсації етиллактату в лактид як мономеру для одержання біодеструктуючого полілактиду. Встановлено, що каталізатор забезпечує 45 % конверсію етиллактату при 240 °С з 70% селективністю за лактидом.
(А.М. Варварін, С.І. Левицька, чл.-кор. НАН України В.В. Брей)
- Розроблено метод ефективного розвинення поруватої структури нанопоруватого вугілля (без суттєвого обгару), а також метод допування його поверхні гетероатомами азоту за допомогою обробки зразків в мікрохвильовій печі. Для розвинення поруватої структури використовували просочення оксалатною чи мурашиною кислотою, а для допування поверхні атомами азоту – суху суміш з меламіном. Обидві методики дозволили значно (на 20-25%) підвищити характеристики електродного матеріалу суперконденсаторів при суттєво менших затратах електроенергії та часу на обробку. Спільно з компанією Юнаско-Україна виготовлено дослідні зразки суперконденсаторів з питомою потужністю 10-30 кВт/кг при к.к.д. не нижче 80-90%, що перевищує характеристики відомих світових аналогів.
(Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський, Д.О. Третьяков)
- За допомогою хімічного активування промислового мікропоруватого вугілля Aquacarb одержано зразки з розвиненою мезопоруватою структурою, питома поверхня мезопор яких досягає 300 м2/г, що у 7 разів перевищує цей показник для вихідного вугілля, при цьому об’єм мезопор складає 0,5 см3/г, а ефективний радіус пор сягає 10 нм. Виявлено високу селективність одержаного мезопоруватого Aquacarbme по сорбції йонів важких металів Cu2+, Co2+, Pb2+.
(Н.В. Сич)
- Синтезовано літійований оксид титану (Li4Ti5O12) модифікованим цитратним методом з використанням 4 М водного розчину TiCl4, що значно зменшило собівартість одержаного матеріалу. Встановлено, що при піролізі цитратних прекурсорів в атмосфері аргону, одержаний анодний матеріал складається з частинок меншого розміру і має кращі електрохімічні властивості (питому ємність, питому потужність), ніж при піролізі прекурсору на повітрі.
(І.В. Романова)