«Наука в Сибири»
№ 20 (2805)
19 мая 2011 г.
НАПРАВЛЕННОСТЬ
НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ
На апрельском Общем собрании СО РАН состоялось награждение молодых исследователей Сибирского отделения Российской академии наук, работы которых были представлены на конкурс по присуждению премий имени выдающихся учёных Отделения. Наша газета начинает серию публикаций о лауреатах и их исследованиях.
Ю. Александрова, «НВС»
 |
Старший научный сотрудник Института катализа к.х.н. И. В. Мишаков получил премию имени ак. Г. К. Борескова за работу «Реакционная способность и каталитические свойства систем на основе аэрогельного оксида магния». Илья Владимирович — выпускник факультета естественных наук НГУ, пришедший в институт буквально со студенческой скамьи. Диссертацию защитил девять лет назад, на третьем курсе аспирантуры, и сейчас по-прежнему ведет направление, связанное с утилизацией галогенсодержащих отходов. Кроме того, преподает в НГТУ (доцент на кафедре инженерных проблем экологии) — читает теоретический курс лекций по защите окружающей среды, по технологиям очистки воздуха и воды. Сегодня И. В. Мишаков — гость нашей редакции. Предмет разговора — весь спектр научных изысканий (включая те, что были удостоены премии), а также возможности их практического приложения.
— Илья Владимирович, несколько слов о лаборатории, в которой трудитесь...
— Прежде всего, хотел бы сказать, что премия, хотя и вручается одному человеку, всегда является результатом работы авторского коллектива. С 2006 года я работаю старшим научным сотрудником ИК, причем уже почти два года руковожу группой мембранно-каталитических процессов в составе отдела технологии каталитических процессов. Наша группа по численности вполне «тянет» на лабораторию: всего у нас 19 человек — студенты, аспиранты, инженеры. Средний возраст — двадцать пять с половиной лет, все молодые, готовятся к защите диссертаций. Ну а что касается полученной премии, повторю ещё раз — здесь поработала не только моя группа (я был вдохновителем), а, без преувеличения, весь институт. В катализе, как известно, без физических методов как без рук: каждый специалист вносит свою лепту. За это время мы многому научились, создали несколько установок, работающих в автоматическом режиме. Надеюсь, что и дальше будем эффективно развиваться.
— Расскажите подробнее о направлениях ваших исследований.
— Первое большое направление — утилизация хлорорганических отходов, которые в большом количестве образуются на предприятиях химпрома. За десятки лет работы хлорная промышленность произвела миллионы тонн отходов, подлежащих обязательной переработке в настоящее время. Захоронение этих отходов невозможно, т.к. они жидкие и просачиваются в грунтовые воды. Сжигать их тоже нельзя, поскольку это прямой путь к диоксинам. В то же время их можно рассматривать как сырьё для получения углеродных наноматериалов. На протяжении последних десяти лет мы стараемся «выйти» на надёжный, хорошо функционирующий катализатор с сопутствующей технологией, позволяющей эффективно перерабатывать такие сложные смеси.
Второе направление (за него мы и получили премию) связано с разработкой способа синтеза аэрогельных систем на основе оксида магния, модифицированного различными добавками. Самой интересной из них оказался ванадий. Дело в том, что ванадий-магниевые системы проявляют, с точки зрения катализа, достаточно любопытные свойства. Нам удалось получить нанокристаллические катализаторы с размером частиц не более 5 нм и исследовать эффекты, которые сейчас принято называть наноразмерными. Мы также пытались использовать полученные нами системы в деструкции хлорфторсодержащих углеводородов и применить их в катализе для дегидрирования алканов. Именно эти результаты и были впоследствии поддержаны. Эта часть наших исследований, связанная с нанокристаллическими оксидами, на данном этапе носит в большей степени фундаментальный характер. Сейчас в науке всё труднее становится найти поддержку чисто фундаментальным работам, в развитии которых в основном заинтересовано государство. И всё заметнее проявляются тенденции перехода на хозрасчет и самообслуживание — надо уметь добывать договора, искать заказчиков, готовых платить за результат. Поэтому бурного развития пока не получается.
— С чего вообще начинались эти работы?
— Всё пошло от сотрудничества с Канзасским госуниверситетом (США), где впервые разработали технологию аэрогельного синтеза подобных систем и начали замечать крайне необычные физические и химические свойства на границе размеров частицы порядка десяти нанометров. Во многих реакциях они работают совершенно по-другому, обладают существенно более высокой реакционной способностью. Мы подключились на этой стадии, и очень успешно. Сотрудничаем вместе с ними уже более пятнадцати лет. Тем не менее, работа, удостоенная награды, полностью выполнена на базе Института катализа СО РАН; просто она была основана на результатах предыдущего опыта и кооперации.
— На какой конечный результат нацелены?
— Американцы путь от фундаментальной разработки до реального тоннажного производства (так сказать, от пробирки до мешка с продуктом) прошли примерно за десять лет: в
— Уже есть какие-то «выходы»?
— Пока речь идет не о крупнотоннажном производстве, а о пробных партиях, в которых могут быть заинтересованы предприятия, производящие, например, тот же самый пропилен. Даже сравнительно небольшой эффект, достигнутый в этой области, при успешном преодолении технологических барьеров может оказаться революционным. В первую очередь, это связано со структурой носителя катализатора — оксида магния. Она настолько необычно модифицирована ванадием, что никакими другими способами невозможно её получить и воссоздать. Там очень тонкая организация — мы несколько лет бились только над тем, чтобы установить природу этого явления, понять, как эти системы создаются. Нанокристаллы во многих реакциях работают намного эффективнее традиционных систем. В частности, разработанные аэрогели могут использоваться для деструктивной сорбции хлорорганических соединений и фреонов.
За рубежом аналогичные материалы производят для различных нужд: они прекрасно зарекомендовали себя как эффективные сорбенты, способные абсорбировать и разрушать токсичные газы, уничтожать бактерии, ликвидировать разливы легковоспламеняющихся жидкостей и т.д. Спектр применения, в том числе и для специальных целей, очень широк. На данном этапе рассматривается перспектива использования разработанной методологии синтеза для получения эффективных носителей для катализаторов низкотемпературного окисления СО. Новый класс нанокристаллических материалов может найти использование, к примеру, для нейтрализации выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, для очистки газов, а также в системах подготовки воздуха. Это новый виток развития и, возможно, в данном случае интерес наших компаний здесь будет выше. В вопросах очистки выхлопных газов Россия, к сожалению, серьезно отстает, и поэтому нам точно есть, куда расти. Не исключено, что тот опыт, который мы приобрели при работе с нанокристаллическими системами, сможем использовать для конкретной разработки, где эти свойства найдут прямое практическое применение.
— Значительное место в вашей работе занимают вопросы экологии...
— Действительно, мы много времени посвящаем экологическим проблемам, пытаемся применять каталитические способы для устранения опасных загрязнений, стараясь при этом вернуть отход в народное хозяйство в виде продукта его переработки. Основная направленность работы — подъём экологической культуры, безопасности: разработка более технологичных, более «дружелюбных» с точки зрения экологии, методов синтеза катализаторов. Посмотрим, как это получится, опыт в плане взаимодействия уже имеется. Наш институт достаточно активный, пользуется авторитетом и в научном сообществе, и среди российских производителей. На базе Института катализа был специально создан Научно-образовательный центр «Катализ», в котором сотрудники из ИК СО РАН, НГУ и НГТУ, включая студентов и аспирантов, работают по одному крупному проекту, посвященному разработке новых катализаторов для утилизации озоноопасных соединений с переработкой их в углеродные нановолокнистые материалы.
Сегодня к углеродным нановолокнам наблюдается большой интерес. По своим свойствам они серьезно отличаются от нанотрубок, но, тем не менее, благодаря достаточно низкой стоимости, могут в большом количестве успешно применяться, например, для модифицирования строительных материалов, что позволяет снижать загрузку цемента, экономить ресурсы. Перерабатывая большое количество хлорсодержащих отходов в углеродные наноматериалы, надо быть готовым к тому, чтобы найти достойное применение всем продуктам, получаемым в результате каталитической переработки. И хотя материаловедение не является нашей специализацией, в настоящее время мы плотно взаимодействуем со специалистами, которые разрабатывают новые материалы — строительные смеси, полимеры, смазки. Этот список можно продолжать, он насчитывает уже более десяти направлений, а наши образцы сейчас исследуются с точки зрения возможных эффектов, которые они могут оказывать на свойства и структуру материалов. С самого начала стараемся комплексно проработать технологию, чтобы это было не просто отдельное звено, а вся цепочка «от и до».
Мы очень надеемся, что все эти разработки найдут реальное приложение здесь, в России. Хотелось бы получить результат, который окажется действительно востребованным, а не тот, что будет пылиться на полке в папке.
Фото автора
стр. 2