РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПРИСУТСТВИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАГНИТНЫХ КОМПОЗИТОВ
Проект грантового финансирования по научным и (или) научно-техническим проектам на 2022-2024 годы (МОН РК), ИРН: AP14870308, руководитель - Шакиева Т.В.
Актуальность проекта:
В настоящее время отсутствие промышленных производств кислородсодержащих соединений, а также недостаточная разработанность технологий их получения приводит к тому, что практически 100 % кислородсодержащих соединений для различных производств и научных исследований, используемых в Республике Казахстан, производятся за рубежом. В мировой практике чаще всего используют технологию, при которой окисление углеводородов проводят при повышенной температуре (180-220 °С) и давлении (10-20 атм), требующую большого количества энергозатрат и в тоже время этот способ является низкоселективным. Поэтому разработка получения кислородсодержащих соединений из углеводородов с использованием наноразмерных магнитоуправляемых композитов, заслуживает самого пристального внимания. Подобные каталитические системы являются экологически чистыми и позволяют проводить процесс окисления углеводородов в мягких условиях в жидкой фазе. В рамках проекта будут разработаны наноразмерные магнитные композиты переходных металлов, иммобилизованных на полимерную матрицу. Такие катализаторы обладают большой площадью поверхности, простотой отделения от реакционной смеси, их активность и селективность можно регулировать магнитным полем.
Цель проекта:
Целью проекта является разработка технологии каталитического нефтехимического синтеза кислородсодержащих соединений из ароматических углеводородов в присутствии наноразмерных магнитных композитов, стабилизированных полимерами
Задачи проекта:
1. Получение наноразмерных магнитных композитов на основе Fe3O4, CoFe2O4, иммобилизованных на хитозан и поливинилпирролидон методами химического осаждения или механохимического синтеза.
2. Изучение фазового состояния, структуры и распределения по размерам полученных наноматериалов и их композитов.
3. Характеризация магнитных параметров получаемых гибридных материалов (коэрцитивная сила, намагниченность насыщения и др.).
4. Оптимизация составов магнитных композитов для процесса окисления ароматических углеводородов (фенол, п-ксилол). Детальное изучение и количественное описание кинетики окисления ароматических углеводородов кислородом в присутствии разработанных наноразмерных магнитоуправляемых композитов.
5. Разработка аппаратурно-технологической схемы, технологического регламента получения функциональных гибридных материалов.
6. Выдача рекомендаций по использованию результатов каталитического нефтехимического синтеза кислородсодержащих соединений из ароматических углеводородов на магнитных композитах. Разработка технологии нефтехимического синтеза на базе углеводородного сырья.
Ожидаемые результаты:
· Будут получены наноразмерные магнитные композиты железа и кобальта, стабилизированные природным (хитозан) и синтетическим (поливинилпирролидон) полимерами.
· Современными физико-химическими методами (РФД, сканирующая электронная микроскопия, БЭТ, элементный и химический анализ) будут установлены состав и структура полученных композитов. С помощью Мёссбауэровской, ЭПР-, ИК-спектроскопии будет установлен состав, окислительное состояние металла, с помощью магнитометра и гистерезисографа будут изучены магнитные свойства полученных магнитных композитов.
· В вихревом режиме в термостатированных условиях будет детально изучена и количественно описана кинетика окисления фенола (ТМФ) кислородом в присутствии разработанных наноразмерных магнитоуправляемых композитов в магнитном поле и без него.
· В вихревом режиме в термостатированных условиях будет детально изучена и количественно описана кинетика окисления параксилола кислородом в присутствии разработанных наноразмерных магнитоуправляемых композитов в магнитном поле и без него.
- Будут оптимизированы технологические параметры получения, а также проведены испытания активности и селективности разработанных катализаторов в процессе окисления фенола (ТМФ) кислородом и окисления параксилола. Будет разработана технологическая схема и технологический регламент получения каталитических композитов.
Достигнутые результаты:
За 2022 год были достигнуты следующие результаты:
- Методами химического осаждения и в вихревом режиме электромагнитного поля, при изменении условий реакционной среды, были синтезированы наноразмерные магнитные композиты на основе Fe3O4, CoFe2O4, стабилизированные хитозаном и поливинилпирролидоном. Использование вихревого режима электромагнитного поля позволяет повысить однородность частиц по размеру и сократить продолжительность синтеза;
Основные члены проекта:
Шакиева Татьяна Владимировна – Научный руководитель, Кандидат химических наук (химия). Специалист высокой квалификации в области гомогенного катализа. Была соруководителем во многих проектах и программах. Была ответственным исполнителем проекта "Фенолы промышленных сточных вод: извлечение, конверсия и деградация" Программы НАТО "Наука во имя мира". Была научным руководителем ПЦФ 2018-2020 гг. BR05236634 «Разработка технологии получения новых полифункциональных пористых магнитоуправляемых наноразмерных материалов на основе ценосфер зол уноса для иммобилизации, отверждения и нейтрализации радиационных отходов». В соавторстве опубликовано более 150 научных статей, 2 монографии, получено 6 патентов РК. Под ее руководством защищена 1 кандидатская диссертация.
Индекс Хирша – 3. Scopus author ID: 55911739700. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-9664-442х.
Досумова Бинара Тусупбековна – Кандидат хиических наук (химия). Специалист в области гидрирования органических соединений и каталитического синтеза аминов разного строения. В последнее время занимается алюмосиликатными микросферами золы уноса, являющиеся техногенными отходами ТЭС и разработкой научных основ приготовления и использования магнитных композиций в различных процессах. В соавторстве были опубликованы более 70 научных статей, получено 1 авторское свидетельство и 5 патентов РК.
Индекс Хирша – 3. Scopus author ID: 57210592713. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4126-2907.
Сасыкова Лариса Равильевна – Кандидат химических наук (1996), профессор (2018). Профессор кафедры физической химии, катализа и нефтехимии КазНУ им. аль-Фараби. Области научных интересов: химия, химическая технология, катализ, экология. Имеет многолетний опыт разработки и испытания катализаторов для процессов гидрирования, окисления, очистки выхлопных газов автотранспорта, переработки органических соединений. В соавторстве опубликовано 450 научных трудов, в том числе: 4 монографии (1-без соавторов), 2 главы в монографиях, индексируемых в Скопус; 8 учебных пособий; 10 авторских свидетельств, 7 патентов РК; 86 публикаций, индексируемых в Скопус; 56 публикаций, индексируемых в Томсон Рейтерс (Web of Sci); 50 статей в изданиях ККСОН. Индекс Хирша: Скопус -14, Томсон Рейт-6. Удостоена звания «Лучший преподаватель вуза» РК (2019).
Индекс Хирша – 14. ResearcherID: A-9367-2015. Scopus Author ID: 56178673800. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4721-9758.
Байжомартов Бедельжан Бауыржанулы – Доктор философии (PhD) в области химии. Занимается исследованием магнитоуправляемых композитов для различных процессов. Проходил научную стажировку в Университете Сайтама Япония. В соавторстве были опубликованы более 20 научных статей, выпущена монография, получено 3 патента РК.
Индекс Хирша – 2. ResearcherID: D-4704-2015. Scopus author ID: 55911449500. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-3221-114х.
Джаткамбаева Улжан Нурбаевна – Магистр. Занимается экспериментальным исследованием окислительных и восстановительных процессов. В соавторстве были опубликованы более 25 научных статей, получено 3 патента РК.
Индекс Хирша – 3. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-8216-3206.
Информация для потенциальных пользователей:
Целевыми потребителями являются предприятия по производству растворителей, исходных веществ для многочисленных органических синтезов, в качестве мономеров при производстве полимерных материалов, красителей, синтетических волокон, лекарственных препаратов, биоактивных материалов, сырья для синтетических моющих средств, ароматизаторов, ПАВ и т.д.