Відділ гетерогенного кислотно-основного каталізу

Завідувач відділу

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;
Розробка вуглецевих матеріалів з доступної сировини;
Практична направленість робіт пов’язана із розробкою нових каталітичних процесів переробки біоспиртів та карбогідратів.

Найважливіші наукові досягнення

На основі розвинутих уявлень щодо механізму трансформації спиртів за участю активних центрів металвмісних оксидів, синтезовано низку біфункціональних мідь та церій вмісних каталізаторів для селективної конверсії біоспиртів – етанол, гліцерин, тетрагідрафурфуриловийспирт – у етилацетат, 1,1-діетоксиетан, пропіленгліколь, етил лактат, δ-валеролактон.
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 новий спосіб одержання оцтової кислоти з водних розчинів етанолу на мідьвмісномукаталізаторі. При цьому супутним продуктом є водень.
Знайдено селективний Сu/ZnO-Al₂O₃ каталізатор для прямого дегідрування тетрагідрофурфурилового спирту до δ-валеролактону. При 260°С/0.1МПа досягається 90% конверсія спирту з 80% селективністю за лактоном. Показано, що Сu/ZnO-Al₂O₃ каталізує парофазне амідування δ-валеролактону аміаком у присутності водню і водяної пари при 250–280°С з 70% виходом δ-валеролактаму.
Вперше показано, що каталітичне дегідрування водних розчинів альдегідів на мідь-оксидному каталізаторі дозволяє одержувати аліфатичні і ароматичні карбонові кислоти.
Знайдено, що допування матриці ZrO₂ SiO₂ іонами Al³⁺ та Sn⁴⁺ алюмінію приводить до утворення потрійних суперкислотних ZrO₂ SiO₂ – Al₂O₃ (H₀ = 14.52) та ZrO₂ SiO₂ – SnO₂ (H₀ = 13.15) оксидів.
Запропоновано спосіб одержання сильно кислотного ZrO₂ SiO₂ оксиду з концентрату природного цирконуМалишевського 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.
Запропоновано новий спосіб одержання мономерного лактиду на основі біогліцерину, замість молочної кислоти.

Наукова і прикладна тематика

Відомча тематика:
- “Розробка ефективних каталізаторів для актуальних хімічних процесів переробки переважно поновлюваної сировини” 2021-2023
- “Каталітична конверсія вуглеводнів С2-С3 поліоли та естери гідроксикарбонових кислот” 2022-2026
Конкурсна тематика:
- Цільова комплексна программа наукових досліджень НАН України “Біологічні ресурси і новітні технології біоенергоконверсії”, 2013-2019
Договірна тематика:
- “Розробка каталітичних способів одержання етилацетату, н-бутанолу та 1,1-діетоксиетану з біоетанолу”, 2011-2015
- “Окиснення пропілену до пропілен оксиду: лабораторні дослідження“, 2017-2018
- “Парофазна конденсація метил лактату до лактиду: лабораторні дослідження“, 2019
- Високотемпературне хлорування етилену до вінілхлориду: лабораторні дослідження, 2021

Інноваційні розробки *

Процеси одержання етилацетату, н-бутанолу та 1,1-діетоксиетану з біоетанолу
Процес одержання мономерного лактиду з гліцерину

* Спільно з ТОВ «Виробнича група Техінсервіс»

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
2016 – Іньшина 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
2018 – Милін А.М. – Каталітичний синтез етил лактату і молочної кислоти на основі гліцерину – Дис. канд. хім. наук : 02.00.13 – нафтохімія та вуглехімія – Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, спеціалізована рада Д 26.220.01 – В.В. Брей

Провідні співробітники відділу

Список найважливіших публікацій за останні 5 років

Прудіус С.В., Гес Н.Л., Трачевський В.В., Брей В.В. Синтез та дослідження нового суперкислотного ZrO₂–SiO₂–SnO₂ оксиду // Доповіді НАН України 11 2019 73
Брей В.В., Милін А.М. Окиснення спиртів на церій-оксидному каталізаторі: кореляція між енергією активації реакції і хімічним зсувом δ (R¹³СOH) // Укр.хім.ж. 85 2019 66
S.V. Prudius, N. Ges, V.V. Brei Conversion of D-fructose into ethyl lactate over SnO₂/SiO₂ catalyst // Colloids & Interfaces 3 2019 16
Варварін А.М., Левицька С.І., Брей В.В. Парофазна конденсація етиллактату до лактиду на SnO₂/SiO₂ каталізаторі // Доповіді НАН України 1 2018 73
V.V. Brei, O.I. Inshina, S.V. Prudius, K.M. Khomenko, V.I.Popov Study of vacuum gas oil cracking over high-acidic mixed ZrO₂ SiO₂ oxides // Norwegian J. Dev. Int. Sci. (NDIS) 2018, N16, 13-19
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
Inshi.na 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
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-Al₂O₃catalyst // Phys.Technol.Surface 7 2016 39
Брей В.В., Іньшина О.І., Хоменко К.М. Каталізатори крекінгу. Цирконійсилікати як альтернатива алюмосилікатам // Хімічна промисловість України 3 2015 33
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
S.V. Prudius, N. Ges, V.V. Brei Conversion of D-fructose into ethyl lactate over SnO₂ /Al₂O₃ catalyst // Colloids & Interfaces 3 2019 16.

	Левицька Світлана Іванівна ст.н.с., к.х.н. Посилання на профіль в сколар: 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 сколар: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 сколар: 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 сколар: 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.
	Купчик Лідія Андріївна ст.н.с., к.х.н. Посилання на профіль в сколар: Google.Scholar.Profile Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile Область наукових інтересів Сорбенти рослинного походження: отримання, властивості, використання Комбіновані вуглець-мінеральні сорбенти для екології, медицини та агротехнологій.