Лаборатория высокотемпературных углеродных материалов ИУХМ СО РАН

Область исследований

Разработка научных основ синтеза нанопористых углеродных материалов из модифицированных каменных углей, коксов, синтетических и природных полимерных материалов и соединений, моделирующих их структуру, в изучении физико-химических свойств этих материалов и определении перспективных областей их  применения.


Состав лаборатории

Докторов наук – 1

Кандидатов наук – 5

Без степени – 5

 

Барнаков Чингиз Николаевич, в.н.с., д.х.н.Вершинин Сергей Николаевич, с.н.с., к.т.н.Вычикова Татьяна Григорьевна, ведущий технологЕфимова Ольга Сергеевна, н.с., к.х.н.
Самаров Александр Владимирович, инженер-технологУсов Олег Мартемьянович, н.с., к.х.н.
Хицова Людмила Михайловна, ведущий технолог
Хохлова Галина Павловна, с.н.с., к.х.н.
Малышева Валентина Юрьевна, вед. технологНаймушина Людмила Михайловна, инжнер-технологЛырщиков Сергей Юрьевич, н.с. к.х.н.


Основное направление исследований лаборатории:

  1. Разработка методик и способов синтеза углеродных материалов из углей различных марок (каменных углей Кузнецкого бассейна) и продуктов их переработки, а также из органических соединений, моделирующих структуру угля.

  2. Разработка методик и способов синтеза нанопористых углеродных материалов, содержащих азот, бор, как перспективных материалов для носителей катализаторов, стабилизации ферромагнетиков, материалов для хранения электрической энергии (ионистров), анодов для литий-ионных аккумуляторов.

  3. Определение влияния различных неорганических примесей (в том числе металлов) на процессы формирования структуры углеродных материалов, а также защита от окисления углеродных материалов путем введения различных добавок (кремния, бора).

  4. Разработка способов получения углеродных материалов для анодов металлургической промышленности из каменных углей, пеков, различных угольных и нефтяных коксов.

  5. Исследование низкотемпературной каталитической графитации углеродных материалов.

 

Основные результаты исследований

  1. Разработан и запатентован способ получения пористого углеродного материала Kemerit® из каменных углей и их коксов, из нефтяных коксов, а так же из органических соединений моделирующих их структуру, который обладает высокой удельной поверхностью (до 3500 м2/г) и микропористостью (объем пор до 3,5 см3/г, размер пор 1,0-1,2 нм). Показано возможное использование кемерита для хранения электрической энергии (ионисторов), для производства литий-ионных аккумуляторов, катодов для топливных элементов, необходимых для мембранных технологий разделения редкоземельных элементов [1, 2].

  2. Разработан и запатентован способ получения азотсодержащего пористого углеродного материала [3,4].

  3. Разработан и запатентован способ получения анодного углеродного материала из смеси каменноугольного пека и игольчатых к и нефтяных коксов при температуре (600–1000оС), обладающий проводимостью графита. При этом ликвидировано выделениебензопирена и полиароматических углеводородов [5, 6].

  4. Разработан и запатентован способ получения пенографита путем низкотемпературной (600–900оС) каталитической графитации нефтяных и каменноугольных пеков. При этом ликвидировано выделение бензопирена и полиароматических углеводородов [7, 8].

  5. Предложено применение нанопористых углеродных материалов в качестве стабилизаторов ферромагнетиков, как носителей катализаторов [9, 10].

  6. Разработан и запатентован способ модификации углеродных материалов и промышленных углеродных адсорбентов путем введения кремнийсодержащих фрагментов, которые повышают устойчивость к термоокислению [11 - 13].

  7. Предварительно сделана оценка безопасности нановеществ. Сотрудники лаборатории принимают активное участие в российских и международных конференциях [14 - 16].


Научные контакты лаборатории:

  • Институтом катализа СО РАН,

  • Институтом неорганической химии СО РАН,

  • Институтом органической химии СО РАН,

  • Институтом химии твердого тела и механохимии СО РАН,

  • Институтом физики СО РАН (г. Красноярск)

  • Институтом органического синтеза Уральского отделения РАН (г. Екатеренбург)


Важнейшие публикации сотрудников лаборатории

  1. Патент 2206394 РФ Способ получения наноструктурированного углеродного материала / Барнаков Ч.Н., Сеит-Аблаева С.К., Козлов А.П., Рокосов Ю.В., Фенелонов В.Б., Пармон В.Н. // Б.И. 2003. № 17.
  2. Ismagilov Z. R., Kerzhentsev M. A., Shikina N. V., Lisitsyn A. S., Okhlopkova L. B., Barnakov Ch. N., Masao Sakashita, Takashi Iijima, Kenichiro Tadokoro // Catalysis Today. 2005. V.102–103. P. 58-66.
  3. Пат. 2307069 Р Ф Способ получения азотсодержащего пористого углеродного материала / Барнаков Ч. Н., Сеит-Аблаева С. К., Козлов А. П., Керженцев М. А., Шикина Н. В., Исмагилов З. Р., Пармон В. Н.Бюл. № 27. – 6 с.
  4. Барнаков, Ч. Н. Синтез азотсодержащего аморфного углеродного материала с помощью механоактивации / Ч. Н. Барнаков, А. П. Козлов // Журнал неорганической химии. – 2009. – № 12. – С. 1962-1966.
  5. Пат. 2370437 Р Ф Способ получения углеродного анодного материала / Барнаков Ч.Н., Сеит-Аблаева С. К., Козлов А. П., Ануфриенко В. Ф., Криворучко О. П., Пармон В. Н., Романенко А. И, Исмагилов З. Р. Бюл. № 29. – 11 с.: 4 ил.
  6. Барнаков, Ч.Н., Влияние введения добавок в исходную шихту на процесс выделения бензпирена при производстве анодного углеродного материала и графита./ Ч. Н. Барнаков, А.П. Козлов, В.Ю. Малышева, З.Р. Исмагилов, В.Ф. Ануфриенко, В.Н. Пармон // Кокс и химия. – 2011 – № 7. – С. 18-21.
  7. Пат. 2429194 РФ Способ получения пенографита / Барнаков Ч. Н., Козлов А. П., Сеит-Аблаева С. К., Малышева В. Ю., Исмагилов З.Р., Ануфриенко В.Ф. // Б.И. 2011, № 26.
  8. Пат. 2429194 Российская Федерация, МПК С01 В 31/04, С 25 В 1/00 Способ получения пенографита / Барнаков Ч. Н., Козлов А. П., Сеит-Аблаева С. К., Малышева В. Ю., Исмагилов З .Р., Ануфриенко В. Ф. Бюл. № 26. - 12 с.: 7 ил.
  9. Барнаков, Ч. Н. Синтез и свойства аморфного микропористого углеродного материала как носителя катализатора топливного элемента / Ч. Н. Барнаков, А. П. Козлов, А. И. Романенко и др. // Кинетика и катализ. – 2010. – № 2. – С. 330-335.
  10. Комогорцев, С. В. Исследование структуры и магнитных свойств наночастиц Co в матрице высокопористого аморфного углерода / С. В. Комогорцев, Р. С. Исхаков, Ч. Н. Барнаков, Н. А. Момот, В. К. Мальцев, А. П. Козлов, Ю. А. Барнаков // Физика металлов и металловедение. - 2010. – Т. 109,  № 2. – С. 1–6.
  11. Патент 2417836 РФ  Кремнийсодержащий углеродный сорбент и способ его получения / Хохлова Г.П., Ефимова О.С., Патраков Ю.Ф. // Б.И. 2011. № 13. 
  12. Ефимова О.С., Хохлова Г.П., Патраков Ю.Ф. Термопревращение каменноугольного пека в присутствии соединений кремния // ХТТ. 2010. № 1. С. 7-14.
  13. Ефимова О.С., Хохлова Г.П., Патраков Ю.Ф. Термоокислительная устойчивость и пористые характеристики кремнийсодержащих углеродных материалов на основе каменноугольного пека // ХТТ. 2010. № 2. С. 50-55.
  14. Толстикова, Т. Г. Изучение безопасности нановеществ и наноматериалов / Т. Г. Толстикова, Е. Г.Морозова, А. М. Хвостов, П. П. Лактионов, Е. С. Морозкин, З. Р. Исмагилов, О. Ю. Подьячева, С. В. Сысолятина, А. Б. Ворожцов, Р. К. Тухаев, Ч. Н. Барнаков // Химия уст. разв. – 2010 – Т. 18, № 4 – С. 527-534.
  15. Barnakov Ch.N., Khokhlova G.P., Ismagilov Z.R. Iinfluence of graphitization degree and a presence of 3d metals of iron subgroup on the reactivity of carbon materials. // The 28th Annual International Pittsburgh Coal Conference, September 12 - 15, 2011: Abstracts booklet – Pittsburgh, 2011. – P6-10. - P. 63.
  16. Samarov V., Barnakov Ch.N., Kozlov A.P., Ismagilov Z.R., Kerzhentsev M.A.. Synthesis of nanoporous carbon materials from modified coals and cokes. Abstracts booklet of The 28th Annual International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, PA, USA, 2011, З6-7, p. 63.