ОТЧЕТ
директора Института углехимии и химического материаловедения СО РАН
член-корреспондента РАН Исмагилова Зинфера Ришатовича
за 2017 год.
Темы исследований в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академией наук на 2013-2020 годы.
Проект V.45.3.2. Cинтез, исследование физико-химических свойств и оптимизация базовых характеристик наноразмерных многокомпонентных систем металлов для создания на их основе функциональных материалов. Проект V.46.3.1. Разработка научных основ инструментальных методов исследования состава структуры и морфологии угля и продуктов углехимии.
Проект V.46.3.2. Научные основы формирования реакционной способности твердых горючих ископаемых в пиролитических процессах с получением углеродистых материалов (кокса) посредством оптимизации состава угольных шихт в зависимости от петрографических характеристик, а также разработка новых процессов гидрогенизации твёрдых горючих ископаемых с целью получения жидких углеводородов"
Проект V.46.3.3. Разработка научных основ селективного химического модифицирования вещества бурых углей с целью совершенствования экстракционных процессов получения липидных и гуминовых субстанций, веществ для малотоннажной химии и органического синтеза
Проект V.46.3.4. Разработка научных основ углехимических технологий переработки в высокомолекулярные и топливные продукты гумусовых и сапропелитовых углей, основанных на изменении их реакционной способности посредством целенаправленной трансформации органического вещества активирующими воздействиями различного рода (механоактивация, озонолиз, катализ)
Проект V 46.3.5. Получение и исследование наноструктурированных композитов на основе углеродных материалов из каменноугольного сырья и альтернативных источников для использования в металлургии, низковольтной электронике и медицине
Проект комплексной программы СО РАН № II.2 Наноразмерные и наноструктурированные полиметаллические системы с различной пространственной организацией.
Важнейшие результаты в привязке к Программе фундаментальных научных исследований государственных академией наук на 2013-2020 годы.
- Установлены условия получения наноразмерных частиц Fe-Co, Fe-Pt и сформированных на их основе наноструктур Fe-Co/Au, Fe-Pt/Au типа ядро-оболочка методом постадийного получения биметаллических частиц совместным восстановлением тетрагидроборатом натрия из водных растворов хлоридов металлов, последующего получения трансметаллированием Au-зародышей на поверхности частиц и заключительного формирования Au-пленки. Расчет структур ядер вели по формуле Дебая в программе Debyer и сопоставили с экспериментом. Удовлетворительное согласование результатов говорит о вероятной икосаэдрической структуре Fe-Co-наноразмерных ядер. Найденные из результатов TEM межрядовые расстояния соответствуют им в ГЦК- твердых растворах Fe-Co и Fe-Pt. Наночастицы Fe-Co, Fe-Pt и Fe-Co/Au, Fe-Pt/Au – ядро-оболочка сфероподобны; размеры их составляют 5-7 нм и 6-9 нм, соответственно (для ядер) и больше них на 1-2 нм для структур ядро-оболочка. Межатомные ряды в них 0,24-0,25 нм, соответствуют плоскости (111) золота.
- Обнаружено удовлетворительное совпадение результатов анализа методом АЭС ИСП при использовании в качестве газа-носителя аэрозоля аналитической пробы при лазерном отборе пробы. Обнаружено расхождение паспортных данных стандартных образцов с данными, полученными при экспериментальном анализе при помощи лазерного пробоотбора в атмосфере аргона.
Адаптирована методика количественного определения фенола методом ГХ МСД, которая позволяют определять концентрацию в воде с содержанием фенола 1,0 - 0,05 мкг/л. Данная методика может быть использована для определения содержания фенола в продуктах гидрогенизации угля.
Разработана методика определения парамагнитных характеристик углей. Показано, что существует корреляция между степенью метаморфизма углей и их парамагнитными характеристиками.
Предложена методика анализа рентгенограмм, заключающая в разложении рефлекса (002). Методика показывает, что разложением рефлексов (002) на составляющие можно выделить отдельные структурные фазы углеродных нано-структурированных материалов и по их содержанию и структурным характеристикам оценить различие углеродных материалов различной природы.
- Получены аналитические данные, отражающие изменение состава жидких продуктов термической деструкции углей различных стадий метаморфизма. С ростом генетической зрелости углей ароматичность жидких продуктов возрастает.
Был выполнен корреляционный анализ с целью выявления зависимости между степенью метаморфизма углей и количеством отдельных компонентов в смолах полукоксования. Установлено, что с ростом степени ароматичности органической массы углей в составе жидких продуктов низкотемпературного пиролиза увеличивается доля ароматических углеводородов в виде нафталина и его гомологов, но при этом снижается содержание углеводородов в виде различных алкилбензолов.
- В Ленинском месторождении угольные пласты характеризуются преимущественно простым сложением и однообразием петрографического состава, который обусловливается преобладанием блестящих разновидностей и высоким (91-97 %) содержанием витринизированного вещества. Вследствие этого главное различие между пластами связано с изменением степени метаморфизма. Изучены показатели шести представленных образцов: шахта им. 7 Ноября; шахта Заречная, пласт Байкаимский; шахта Комсомолец, шахта Полысаевская пласт Бреевский; шахта им. Кирова пласт Поленовский; шахта им. Кирова, пласт Болдыревский. Изучены и определены: петрографический состав; показатель отражения витринита (в иммерсионном масле, случайной ориентации); витринит; семивитринит; инертинит; сумма отощающих компонентов.
- Предложены два независимых параметра для экспресс-оценки пригодности твердых топлив в качестве сырья для процессов гидрирования под высоким давлением водорода: 1) относительная максимальная скорость пиролиза углей в интервале температур 300-500C, [(1/mo) dm/dT] (рассчитанная из данных термического анализа), и 2) интенсивность ИК-полос поглощения алифатических групп (сумма их оптических плотностей), нормированная по оптической плотности ИК-полосы поглощения ароматических C=C-связей [т.е. отношение (D2920+D2860)/D1600] (полученная из фотоакустических ИКФП-спектров угольных материалов).
- Исследован процесс сорбции катионов меди, цинка, марганца и кобальта из водных растворов нативными и модифицированными перекисью водорода гуминовыми кислотами, полученными из образцов бурых углей Тисульского месторождения (ГК 1) и его естественно-окисленной формы (ГК 2). Окисление перекисью водорода гуминовых кислот бурого угля увеличивает содержание карбонильных, карбоксильных групп и фрагментов, содержащих кислород при алкильном углероде. Модифицирование гуминовых кислот естественно-окисленной формы бурого угля повышает содержание карбонильных групп и фрагментов, содержащих кислород при алкильном углероде. Изменение функционально-группового состава ГК1 и ГК2 повышает их сорбционную способность по катионам марганца, цинка, меди и кобальта в 2-4 раза. Сорбционная способность изменяется в ряду: Со2 + > Cu2+ > Zn2+ > Mn2+.
- Установлены закономерные связи между содержанием собственно углеводородных соединений в продуктах термогидролитического растворения сапропелитов и катагенетической зрелостью их органической массы. Показано, что количество собственно углеводородных соединений в продуктах термогидролиза сапропелитов увеличивается с увеличением степени литогенетической зрелости органической массы.
Построена диаграмма распределения исследованных образцов: с учетом выходов (% на органическую массу) собственно углеводородных соединений при термогидролизе сапропелитов.
Изучены образцы с разной литогенетической зрелостью их органической массы: балхашский (торфяная); соболевский (буроугольная); будаговский, майомингский, чарчикский, таймылырский хуутбулагский, дмитриевский, матаганский (длиннопламенная).
- Показано, что добавки пенографитов и графитов катализируют процесс графитации пека, увеличивая степень упорядоченности и электропроводность углеродного материала, полученного в процессе низкотемпературной (до 900оС) каталитической кристаллизации пека, и уменьшая величину энергетического барьера Eg между отдельными кристаллитами в образце. Предварительная ультразвуковая обработка пека повышает выход углеродного материала и влияет на его свойства: увеличивает долю углерода с более упорядоченной структурой, повышает электропроводность при температуре ниже 40 К и уменьшает величину энергетического барьера между кристаллитами. Разработан способ получения наноструктурированных композитов на основе пористой углеродной матрицы «Карбонизат» (сырье - уголь марки СС Кузнецкого бассейна), наполненных наночастицами одного из наиболее электрохимически активных оксидов MnxOy. Методами ПЭМ и МУРР показано формирование при восстановлении водных растворов KMnO4 C-матрицей наноразмерных, рентгеноаморфных частиц MnxOy, при содержании их до 3 масс.%, в основном в порах матрицы. Определены состав и морфология композитов, демонстрирующих максимальные электроёмкостные характеристики, оптимальное содержание наполнителя (3 масс. %), стабильность накопленной ёмкости при циклировании потенциала (85 % после 500 циклов), характеристики электропроводности (диаграмма Нейквиста). Показана перспективность работ с целью создания недорогих электродных материалов с высокими функциональными характеристиками. Исследован процесс нанореакторного озонолиза компонентов фракции тяжёлых пиридиновых оснований каменноугольной смолы. В качестве твёрдофазного нанореактора был применен сульфированный сетчатый полимер, полученный сополимеризацией стирола и дивинилбензола, обеспечивающий получение цинхомероновой и никотиновой кислот озонолизом изохинолина. Разработана лабораторная методика получения цинхомероновой кислоты озонолизомизохинолина в нанореакторе.
- Методами РФА, электрохимии, TEM и элементного анализа промежуточных гидроксидных и целевых продуктов показано, что при содержании Cd до 6-7 ат. % образование монофазного продукта – ТР протекает восстановлением монофазных же кристаллитов смешанного гидроксида адсорбированным на них гидразином. При содержании Cd 0,08< х < 0,4 ат. % опережающе образуются нестехиометричные ТР и ИМ Cd5+zNi1-z.
9 февраля 2017 года чл.-корр.РАН руководитель ФАНО России М.М.Котюков, руководитель Сибирского территориального управления ФАНО России А.А. Колович и Председатель Сибирского отделения РАН академик А.Л. Асеев приняли участие в губернаторском приёме в честь Дня науки в Кузбассе и посетили Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН.
Чл.-корр. РАН Исмагилов З.Р. в 2017 году работал по совместительству заведующим лабораторией экологического катализа в Институте катализа СО РАН и в 2017 г. продолжал работу на кафедре углехимии, пластмасс и инженерной защиты окружающей среды Кузбасского государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачёва в должности заведующего кафедрой.
25 декабря 2017 года в Кузбасском государственном техническом университете им. Т.Ф. Горбачева состоялась пленарная лекция на тему «Разработка технологии получения эффективных сорбентов для очистки воды и повышения качества жизни», представленная директором ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН член-корр. РАН З.Р. Исмагиловым.
Под руководством была защищена кандидатская диссертация, также являлся научным консультантом двух докторских диссертации. 12 декабря 2017 года в диссертационном совете при Институте химии и химической технологии СО РАН состоялась защита кандидатской диссертации Михайловой Екатерины Сергеевны, научного сотрудника ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН. 28 февраля 2017 года в диссертационном совете при Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева состоялась защита докторской диссертации Жеребцова С.И, зав. лабораторией Института углехимии и химического материаловедения ФИЦ УУХ СО РАН, на тему «Алкилирование спиртами твердых горючих ископаемых низкой степени углефикации»по специальности 05.17.07 – Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ. Научный консультант – член-корр. РАН Исмагилов З.Р.
В 2017 году является руководителем 4 аспирантов.
По Web of Science:
- число статей в 2017 г. - 30 ;
- число цитирований за 2017 г. составляет - 56;
- всего цитирований - 3445 ;
- индекс Хирша - 27
Исмагилов З.Р. на протяжении 2017 года принимал активное участие в работах:
– Президиума СО РАН;
– Научного совета РАН по катализу;
– Научного совета РАН по химии ископаемого и возобновляемого углеродсодержащего сырья;
– Объединенного ученого совета СО РАН по химическим наукам;
– Ученого совета Института углехимии и химического материаловедения СО РАН. В 2017 году под председательством Исмагилова З.Р. проведено 13 заседаний.
– Ученого совета Института катализа СО РАН.
Является членом:
– Европейского общества материаловедов «E-MRS» (European Materials Research Society);
- американского химического общества (ACS);
– консультативного комитета Питсбургского международного угольного конгресса;
– редколлегии журнала «Eurasian Chemico-Technological Journal»;
– редколлегии журнала «Химия твердого топлива».
Работает зам. главного редактора журнала «Химия в интересах устойчивого развития». В качестве заместителя главного редактора журнала «Химия в интересах устойчивого развития» принимал участие в заседаниях редакционной коллегии, и подготовил выпуск отдельного номера журнала, посвящённого Международному Российско-Казахстанскому Симпозиуму «Углехимия и экология Кузбасса» 15-18 октября 2017 года, г. Кемерово.
Под руководством Исмагилова З.Р. в 2017 году активно проходило сотрудничество с зарубежными центрами.
При активном участии ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» была подготовлена заявка и получен грант на выполнение НИР по теме: «Разработка технологии получения эффективных сорбентов, создание опытно-промышленных стендов производства сорбентов в России и в Республике Казахстан для очистки воды и повышения качества жизни». Номер соглашения 14.613.21.0079 от 22.11.2017 г. Сведения о зарубежных партнерах: РГП "Институт проблем горения", Республика Казахстан, г. Алмата. (РНН 600700031529)
Целью проекта является разработка научных основ технологий получения эффективных сорбентов для очистки воды от различного рода загрязнений, включая тяжелые металлы, органические вещества, углеводороды и нефтепродукты.
Дата начала работы 22.11.2017 г. Дата окончания работы 31.12.2019 г.
Выполнялись совместные работы с Институтом углехимии Академии наук Китайской Народной Республики в области получения продуктов коксования угля. 05.11.2017 - 10.11.2017 в г. Тайюань (Китай) делегация ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН под руководством директора ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН член-корр. РАН З.Р. Исмагилова приняла участие в работе первого организационного совещания с руководством Института углехимии Академии наук Китайской Народной Республики. Совещание было посвящено согласованию окончательного текста рабочей программы по гранту № 016YFE0203500, а также согласованию календарного плана и плана взаимных командировок.
Прием иностранцев в ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН.
Аспирант ФГАОУ ВО «Национального исследовательского Томского политехнического университета» Нгуен Мань Хиеу (NGUYEN MANH HIEU) 13 декабря 2017 года представил диссертационную работу «Процессы термической переработки рисовой шелухи в технологии активированного угля и их аппаратурное обеспечение» с целью получения отзыва ведущей организации ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН. Результат встречи: проведен семинар по обсуждению диссертационного исследования аспиранта ФГАОУ ВО «Национального исследовательского Томского политехнического университета» Нгуен Мань Хиеу. На семинаре был заслушан доклад и проведено обсуждение диссертационного исследования Нгуен Мань Хиеу. Делегация посетила Институт углехимии и химического материаловедения и центр коллективного пользования ФИЦ УУХ СО РАН.
С 15 по 18 октября в Кемерово прошел Международный Российско-Казахстанский симпозиум «Углехимия и экология Кузбасса». Основными организаторами которого были Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН и Институт проблем горения КазНУ им. аль-Фараби (Алматы). Симпозиум проводился в шестой раз. На открытии Симпозиума с приветственным словом и пожеланиями успешной и плодотворной работы ученым выступили представители Администрации Кемеровской области, ВУЗов, научных институтов Алматы и Кемерово. На протяжении всех дней работы Симпозиума велась интернет-трансляция докладов.
На заседаниях было заслушано и обсуждено 57 докладов, в том числе: 4 представлены учеными Монголии и Казахстана.
Состав делегации из Монголии:
1) Enkhsaruul Byambajav, Professor, Department of Chemistry, School of Arts & Sciences National University of Mongolia. (Энкхарул Бамбаджав)
2) Nanjid Davaajav, Assoc.Professor, Department of Chemistry, School of Arts & Sciences, National University of Mongolia. (Нанджид Даваджав).
Доклады, представленные иностранными участниками:
• Steam gasification of Baganuur coal with Na-Fe binary catalyst and its synergetic effect. Jambaljamts Gan-erdene, Davaajav Nanjid, Enkhsaruul Byambajav, Laboratory of Clean Energy Technology Development, Department of Chemistry, School of Arts & Sciences, National University of Mongolia, Ulaanbaatar.
Состав делегации Казахстана:
1. Директор Института проблем горения при КазНУ им. аль-Фараби, академик МАН ВШ Мансуров Зулхаир Аймухаметович.
2. Ведущий научный сотрудник, к.х.н. Мироненко Анатолий Владимирович.
Доклады, представленные иностранными участниками:
• Наноуглеродные материалы. Мансуров З.А. Институт проблем горения, г. Алматы;
• Катализаторы синтеза диметилового эфира. Мироненко А.В., Казиева А.Б., Кудьярова Ж.Б., Ергазиева Г.Е, Досумов К., Мансуров З.А. Институт проблем горения, г. Алматы.
Делегации Монголии и Казахстана посетили Институт углехимии и химического материаловедения и центр коллективного пользования ФИЦ УУХ СО РАН, а также музей-заповедник «Красная горка» с экскурсией.
В Кузбасском государственном техническом университете продолжает работу совместная научно-исследовательская лаборатория каталитической очистки дымовых газов, которая была открыта в ходе реализации масштабного международного проекта по снижению вредных выбросов в атмосферу от тепловых электростанций, продолжаются научно-исследовательские работы в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Целью проекта является разработка эффективной технологии снижения содержания оксидов серы и азота, а также ртути в дымовых газах тепловых электростанций угольной генерации.
В исследованиях принимают участие ученые следующих организаций:
• Институт катализа имени Г.К. Борескова СО РАН (Новосибирск),
• Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН (Кемерово)
• Кузбасский государственный технический университет (Кемерово)
• зарубежные партнеры из Шаньдунского научно-технического университета (Китай).
Участие в работе конференций.
19 по 21 апреля 2017г., г. Новосибирск, IV научная конференция «Боресковские чтения»,
25.08.– 02.09.2017 член-корр. РАН Исмагилов З.Р. принял участие в работе Европейский конгресс по катализу «EUROPACAT'2017», European Congresson Catalysis выступление с докладом. Италия, г. Флоренция
С 10.09. – 13.09.2017 Исмагилов З.Р. работает в Азербайджане, г. Баку; Участие в "3-й Международной Всемирной конференции по химической науки и технологии (ITWCCST 2017)» с пленарным докладом. Читает лекции студентам в Азербайджанском госуниверситете нефти и промышленности.
В 2017 году Исмагилов З.Р. два раза посетил Казахстан, г. Алматы Институт проблем горения. 13.09. -16.09.2017 г. участвовал в работе IX Международного симпозиума «Горение и ПЛАЗМОХИМИЯ» с пленарным докладом. С 13.12. - 16.12.2017 г. выезжал на выполнение научной работы по Соглашению №14.613.21.0079 от 22.11.2017г. РГП «Институт проблем горения» КН МОН РК
На организационное совещание в Китайскую народную республику делегация ИУХМ выезжала с 05.11.- 10.11.2017 КНР, г. Тайюань, совещание проходило по совместному проекту № 016YFE0203500 в Институте углехимии.
16.11. - 24.11.2017 г. выезжал во Францию в г. Страсбург для участия в YI Мировом конгрессе по материалам, выступал с докладом по результатам проекта РНФ №15-13-10043. Университет г. Страсбурга.
