II Всероссийская научная
|
II Всероссийская научная школа-конференция молодых ученых “Катализ: от науки к промышленности” прошла c 28 октября по 2 ноября 2012 г. в Томске на базе Национального исследовательского Томского государственного университета. Организаторами школы-конференции выступили Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск; Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск; Федеральный научно-производственный центр “Алтай”, г. Бийск; Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, г. Бийск; Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере; Ассоциация инновационных регионов России; Администрация Томской области; Администрация города Томска; Малое инновационное предприятие ООО “Новохим”, г. Томск. Школа-конференция проходила при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и ООО “Тирит”, а также при финансовой поддержке и участии компаний “Донау Лаб Москва”, Technoinfo Ltd и ООО “Ростбиохим”.
Школа-конференция молодых ученых была посвящена современным тенденциям в области фундаментального и прикладного катализа. Основные тематические направления школы-конференции были представлены четырьмя секциями: Основы создания и производства каталитических систем, Физико-химические основы каталитических процессов, Перспективные каталитические процессы, Промышленная реализация каталитических процессов.
Целью конференции было организовать площадку, с помощью которой молодые ученые могут ознакомиться с результатами исследований ведущих российских специалистов, продемонстрировать и обсудить свои достижения и идеи, определить перспективные направления научных исследований и возможность внедрения инноваций, установить творческие и рабочие связи, обсудить пути создания условий для взаимовыгодного сотрудничества.
Было принято 129 тезисов докладов, которые были опубликованы в сборнике трудов конференции. Дополнительно были приняты 16 тезисов проектов участников отборочного тура программы “У.М.Н.И.К.” Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, проводимого в рамках школы-конференции.
В работе школы-конференции приняли очное участие 290 человек из 24 организаций и 15 городов России, а также Украины, Италии, Франции, Казахстана, Азербайджана и Англии. 100 человек выступили с докладами, 174 человека присутствовали в качестве слушателей и 29 человек участвовали заочно. Значительную долю участников – 54 человека – составили ученые из Новосибирска, представленного Институтом катализа. В школе-конференции приняли участие представители как фундаментальной науки (Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Институт химии нефти СО РАН, Институт экологии Волжского бассейна РАН, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Институт нефтехимии и катализа РАН, IRCELYON и др.), так и промышленных производств (ОАО Ангарский завод катализаторов и органического синтеза, ООО Салаватский катализаторный завод, ОАО “Синтез-Каучук”, ООО “НИОСТ” (СИБУР) и др.).
Основные мероприятия проходили в конференц-зале Научной библиотеки ТГУ. Было представлено 11 пленарных (40 мин) и 7 ключевых (20 мин) лекций ведущих специалистов, отражающих современные тенденции в области фундаментального и прикладного катализа, 45 устных (10 мин) докладов молодых ученых, 4 презентационных доклада производителей и поставщиков аналитического и исследовательского оборудования, а также стендовые доклады молодых ученых.
Помимо пленарных и секционных заседаний, в рамках школы-конференции прошли практические занятия по катализу, хроматографии и адсорбционным процессам на базе Лаборатории каталитических исследований ТГУ, а также отборочный тур и заседание финального смотра программы “У.М.Н.И.К.” Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по направлению “Современные материалы и технологии их создания”, а также два круглых стола по актуальным темам “Проблемы химических производств: диалог с исследователями” и “Финансирование научно-исследовательских работ молодых ученых”.
В представленных на конференции пленарных и ключевых лекциях было освещено современное состояние фундаментальных и прикладных исследований и достижений в области катализа. В первый рабочий день основное внимание было обращено на современные физические методы исследования катализаторов и поверхностных реакций. Так, после открытия школы-конференции председателем Научного комитета, ректором Томского государственного университета Г.В. Майером и заместителем губернатора Томской области по инновационной политике, председателем оргкомитета А.С. Князевым с пленарной лекцией на тему “Approaching realistic conditions studies of surfaces and catalysts” выступил доктор Ф. Айрес, руководитель группы Исследований поверхности и межфазных границ Института исследований в области катализа и окружающей среды (Лион, Франция).
В лекции были представлены результаты исследований изменения поверхности монокристаллов PdAu и PtSn в реакции окисления CO с применением методов СТМ и РФЭС в условиях, близких к реальным, а также результаты исследования роста углеродных нанотрубок на кобальтовых катализаторах методом Environmental ПЭМ, позволяющим делать съемку в газовой среде и наблюдать реакцию роста углеродных трубок на атомарном уровне. В лекции были отражены современные возможности использования рассматриваемых методов для изучения катализаторов в условиях, приближенных к реальным условиям проведения реакции, отмечены преимущества и недостатки их применения для таких исследований. Работы, подобные обсуждаемым в лекции доктора Айреса, все чаще появляются в открытой печати и обсуждаются на конференциях, отражая тенденцию к изучению гетерогенных катализаторов и протекающих на них каталитических реакций на атомарном уровне в условиях, приближенных к реальным.
Использование метода СТМ для исследования химических поверхностных процессов гетерогенного катализа на атомном уровне было также рассмотрено д.ф.-м.н. К.Н. Ельцовым, зав. отделом технологии и измерения атомного масштаба Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (Москва), в пленарной лекции “Модельные исследования поверхностных химических реакций с использованием СТМ”. В лекции еще раз отмечено, что возможность наблюдения и анализа методом СТМ локальных структур на атомном уровне в процессе поверхностной реакции позволяет делать выводы о механизмах взаимодействия. В качестве примера были показаны и обсуждены наблюдаемые методом СТМ процессы формирования различных атомных структур на поверхности Ag(111) и Au(111) при воздействии молекулярного хлора, являющегося модификатором серебряных и золотых катализаторов в реакциях эпоксидирования этилена и стирола, в широком диапазоне степеней покрытия при температуре подложки 300 К. В данной работе была отражена еще одна тенденция в современной научно-исследовательской работе – совмещение теоретических (математическое моделирование и т.д.) и практических (непосредственное наблюдение в опыте) подходов для описания механизма реакции.
В лекции д.х.н., профессора Э.М. Мороз (Институт катализа СО РАН, Новосибирск) “Определение структуры наноматериалов рентгенографическим методом радиального распределения электронной плотности” проанализированы роль рентгенографических методов в исследовании материалов, особенности дифракционных картин для нанокристаллических систем, к которым относятся катализаторы, основные принципы современных структурных методов для исследования наноматериалов, а также подробно рассмотрен рентгенографический метод радиального распределения электронной плотности. Отмечены основные достоинства и недостатки (в сравнении с методом EXAFS) данного метода. Возможности рассматриваемых методов были проиллюстрированы в лекции на примерах исследования катализаторов и носителей различного состава. В лекции подчеркивалось, что наноразмерные объекты, к которым относятся каталитические системы, проявляют свойства, отличные от массивных объектов, и требуют специальных подходов для их исследования, учитывающих размерный эффект.
Еще одному современному методу была посвящена ключевая лекция “Возможности малоуглового рентгеновского рассеяния для исследования нанесенных катализаторов и функциональных материалов”, сделанная к.х.н. Ю.В. Ларичевым (Институт катализа СО РАН, Новосибирск) в соавторстве с д.б.н. Ф.В. Тузиковым. В лекции рассмотрены достоинства метода МУРР, трудности, возникающие при исследовании им катализа-торов, а также подходы, позволяющие использовать данный метод для исследования катализаторов; основное внимание было уделено применению контрастов. В качестве иллюстрации в лекции представлены результаты исследования методом МУРР различных нанесенных катализаторов и функциональных материалов и проведено сравнение полученных материалов с данными электронной микроскопии и рентгеновской дифракции.
В ключевой лекции к.х.н. А.Н. Саланова (Институт катализа СО РАН, Новосибирск) были отражены современные возможности метода РЭМ, который благодаря значительному прогрессу в развитии электронной микроскопии позволяет не только получать изображение поверхности микро- и нанообъектов в интервале увеличений 10-1000000 крат с разрешением менее 1 нм, но и проводить анализ и характеризацию материалов. В лекции рассмотрена возможность использования рентгеновского микроанализа и дифракции обратноотраженных электронов при РЭМ исследованиях, а также метод картирования для исследования сложных по составу и микроструктуре материалов. В качестве примера рассмотрено использование картирования для исследования автомобильных каталитических нейтрализаторов и катализаторов на основе керметов.
В первый рабочий день вниманию участников также были представлены пленарная лекция М.И. Целютиной, начальника отдела НИР ИК центра исследований и контроля ОАО АЗКиОС (Ангарск), на тему “Опыт промышленного внедрения НИР на Ангарском заводе катализаторов и органического синтеза” и доклад Д.А. Медведева, коммерческого директора ООО “Салаватский катализаторный завод”, на тему “Развитие наукоемких отраслей производства”. В лекции и докладе были отражены современное состояние, основные достижения и проблемы отечественных катализаторных фабрик.
Во второй рабочий день школы-конференции тематика пленарных и ключевых лекций касалась исследований каталитических свойств катализаторов и механизмов каталитических реакций. В пленарной лекции к.х.н. Г.А. Бухтияровой, с.н.с. Института катализа СО РАН (Новосибирск), на тему “Экспериментальные методы определения каталитических свойств: практические аспекты” были рассмотрены методологические аспекты исследования каталитической активности катализаторов, отмечены преимущества и недостатки существующих методов, их применимость для решения тех или иных задач. Данная лекция была направлена на формирование у молодых ученых понимания, как организовать проведение тестирования катализаторов на высоком методологическом уровне, позволяющем получать корректные данные по активности катализаторов, необходимые на всех стадиях изучения катализаторов, начиная от лабораторных исследований и заканчивая промышленным внедрением.
В пленарной лекции д.х.н., профессора А.И. Боронина (Институт катализа СО РАН, Новосибирск) “Теоретические и практические аспекты эффективного окисления CO” рассмотрена концепция действия различных механизмов окислительного катализа (Лэнгмюра-Хиншельвуда, Марса-ван Кревелена, ассоциативный) и их особенности в отношении оксида углерода, которые определяются природой связи молекулы СО и кислорода. Особый акцент был сделан на рассмотрение механизма действия окисления СО при низких температурах, требующего преодоления эффекта ингибирования, связанного с образованием плотного адсорбционного слоя молекул оксида углерода, обладающих высоким значением энтальпии адсорбции. На примере металлических, сплавных и нанесенных на инертные носители катализаторов были рассмотрены возможности координационного и размерного эффекта в проявлении низкотемпературной активности. В работе также обсуждались различные перспективные каталитические системы, особенности их строения и возможные механизмы окисления СО.
Ключевая лекция к.х.н. В.И. Елохина (Институт катализа СО РАН, Новосибирск) “Стохастические модели процессов адсорбции, диффузии и реакции на нанесённых металлических наночастицах с изменяющимися под воздействием реакционной среды формой и морфологией поверхности частиц” была посвящена теоретическому исследованию кинетики каталитических реакций на наночастицах металла методом Монте-Карло. В лекции обсуждались специфика каталитических реакций на наночастицах металла, возможные подходы к моделированию, а также результаты теоретических исследований каталитических процессов на нанесенной наночастице с динамически изменяющейся формой и морфологией поверхности. Подтвержденные многочисленными экспериментальными данными результаты моделирования, представленные в лекции, хорошо продемонстрировали тенденцию к использованию совокупности экспериментальных и теоретических методов для установления механизмов каталитических реакций.
Ключевая лекция к.х.н. В.И. Соболева, зав. лабораторией гетерогенного селективного окисления ( Институт катализа СО РАН, Новосибирск), на тему “Изотопный обмен – метод исследования реакционной способности и подвижности поверхностного кислорода” была посвящена изотопному обмену кислорода как методу, с помощью которого удается изучать каталитическую активность оксидных и нанесенных катализаторов, механизм и кинетические особенности реакции, которые связаны с состоянием кислорода на поверхности. В докладе на примере цеолитов Fe-ZSM-5, активных в реакции разложения N2O, и Au/TiO2, являющейся одной из наиболее изучаемых каталитических систем в гетерогенном катализе, было представлено, как с помощью этой простейшей реакции можно изучать высокореакционные формы поверхностного кислорода и их роль в реакциях селективного и полного окисления. Кроме того, на примере перовскитов со смешанной кислород-электронной проводимостью была показана возможность использования этой реакции для изучения транспорта кислорода через кислородпроницаемые мембраны.
В третий рабочий день школы-конференции были представлены лекции, тематика которых касалась как строения активных центров и дизайна каталитических систем, так и перспективных каталитических процессов. В частности, лекция д.ф.-м.н., профессора Г.М. Жидомирова “Структурные модели активных центров цеолитных катализаторов” была посвящена рассмотрению различных каталитически активных центров цеолитов: льюисовских и бренстедовских кислотных центров, а также катионов металлов, стабилизированных в тех или иных структурных позициях цеолитной решетки. Для иллюстрации были приведены корреляции свойств цеолитных катализаторов с их активностью в реакциях дегидрирования этана и реакции окисления молекул СО.
В пленарной лекции к.х.н. А.В. Лавренова, зам. директора Института проблем переработки углеводородов СО РАН (Омск), на тему “Процессы получения экологически чистых моторных топлив с применением катализаторов на основе модифицированных оксидов алюминия и циркония” было рассмотрено применение систем на основе модифицированных оксидов алюминия и циркония в качестве кислотных и полифункциональных катализаторов для традиционных и современных процессов получения экологически чистых моторных топлив.
В ключевой лекции д.х.н., профессора В.А. Садыкова, зав. лабораторией катализаторов глубокого окисления Института катализа СО РАН (Новосибирск), “Катализ катодных и анодных реакций в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ)” обсуждались результаты исследований по созданию эффективных катодных и анодных нанокомпозитных каталитических материалов для среднетемпературных ТОТЭ на базе детального изучения природы их каталитического действия в реакциях активации молекулярного кислорода и трансформации природного газа и биотоплив в синтез-газ и водород. В лекции отражена наблюдаемая в целом в области приготовления катализаторов тенденция перехода от метода проб и ошибок к получению катализаторов с заданными свойствами при научно обоснованном выборе способа и контроле условий синтеза.
Ключевая лекция д.х.н. В.А. Розенцвета, в.н.с. Института экологии Волжского бассейна РАН (Тольятти), на тему “Синтез разветвленных полимеров методом катионной полимеризации сопряженных диенов” была посвящена катионной полимеризации сопряженных диенов (1,3-диенов) как эффективному способу получения полимеров с различной ненасыщенностью и молекулярными характеристиками. В докладе представлены общие законо-мерности полимеризации 1,3-пентадиена и изопрена под действием каталитических систем на основе различных кислот Льюиса (ZnCl2, ZnBr2, BF3O(C2H5)2 и TiCl4, AlCl3, VOCl3). В лекции отмечалось, что полученные в работе результаты использованы в разработке технологического регламента по производству синтетического каучука марки СКОП, процесс получения которого основан на катионной полимеризации 1,3-пентадиена под действием каталитических систем на основе тетрахлорида титана. Данный процесс был внедрен в производство на Стерлитамакском нефтехимическом заводе и Тольяттинском ПО “Синтезкаучук”.
В четвертый рабочий день школы-конференции вниманию участников были представлены лекции по перспективным каталитическим процессам, а также по расчетам химических реакторов и моделированию процессов. Д.х.н. А.С. Белый, зав. лабораторией Института проблем переработки углеводородов СО РАН (Омск), представил лекцию на тему “Современные технологии производства моторных топлив: разработки, технологии, внедрения”, в которой были рассмотрены проблемы, связанные с существующими в настоящее время тенденциями необходимости увеличения эффективности современных процессов переработки бензиновых фракций при одновременном ужесточении требований к их экологической безопасности. В лекции был проанализирован опыт решения проблем в процессе освоения промышленного производства новых катализаторов, приводились данные по промышленному опыту эксплуатации новых катализаторов, обсуждалась перспективность применения интегрированных процессов переработки бензиновых фракций с комбинацией ранее известных процессов (риформинг, изомеризация) и новых процессов (биформинг, экоформинг) с включением в технологические схемы стадий изомеризации бензола в метилциклопентаны и селектокрекинга н-алканов.
В пленарной лекции профессора Флорентийского университе-та У. Барди (Сесто-Фьорентино, Италия) “Petroleum: past, present and future: Catalysis in the 21st century” был сделан интересный обзор по процессам переработки нефти и газа, катализаторам этих процессов, обсуждалось современное состояние в области нефте- и газопереработки и перспективы развития этой области.
В пленарной лекции к.х.н., профессора А.Н. Шмелева, в.н.с. ООО НЦИР “РИЗИКОН” (Северодонецк, Украина), на тему “Что и как считают проектировщики каталитических процессов” обсуждались подходы для проектирования каталитических реакторов, используемые в современных компьютерных системах программ.
В ключевой лекции “Математическое моделирование процесса регенерации закоксованных катализаторов: общие закономерности, влияние технологических параметров” д.х.н. С.И. Решетникова, с.н.с. Института катализа СО РАН (Новосибирск), обсуждались проблемы дезактивации катализаторов и методы моделирования процессов регенерации зауглероженных катализаторов, позволяющего проводить процесс восстановления свойств катализатора в максимально короткие сроки, но при этом не допустить его перегрева, а также оптимизировать цикл “реакция-регенерация”.
Представленные участниками в ходе секционных заседаний и на стендовой секции доклады соответствовали тематическим направлениям школы-конференции. Были представлены работы по приготовлению носителей и катализаторов, в том числе работы, направленные на понимание процессов, происходящих при синтезе катализаторов; работы, посвященные исследованию характеристик катализаторов различными физико-химическими методами, их взаимосвязи с каталитической активностью в различных процессах нефтепереработки и нефтехимии, тонком органическом синтезе; работы по экологическому катализу, электрокатализу и топливным элементам, работы по исследованию кинетики и механизмов различных реакций, математическому моделированию химических процессов. Председатели всех секций и члены организационного комитета отметили достаточно высокий уровень представленных работ и активность молодых ученых при обсуждении докладов. Большинство представленных работ являются актуальными, обладают научной новизной результатов и могут лечь в основу или стать частью патентов, статей, диссертаций на соискание ученых степеней. Большая часть устных докладов молодых ученых была рекомендована к опубликованию в специальном выпуске журнала “Кинетика и катализ”.
На проводимом в рамках школы-конференции отборочном туре программы “У.М.Н.И.К.” Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере были заслушаны проекты молодых ученых. Комиссия отметила высокий уровень и практическую значимость ряда представленных проектов, рекомендовав 8 проектов для представления на итоговом смотре-конкурсе. Из восьми рекомендованных проектов четыре работы прошли отбор на финальный смотр программы. Их авторы стали победителями программы “У.М.Н.И.К.” по направлению “Современные материалы и технологии их создания” и получили прекрасную возможность для внедрения своих инновационных идей и создания реального продукта на их основе.
На круглом столе “Проблемы химических производств: диалог с исследователями” рассматривались вопросы, касающиеся воз-можности эффективного взаимодействия промышленных произ-водств и научно-исследовательских коллективов, обсуждались проблемы и пути решения для их эффективной работы.
На круглом столе “Финансирование научно-исследовательских работ молодых ученых” обсуждались вопросы финансовой поддержки работ молодых ученых, рассматривались различные формы финансовой поддержки, проблемы, возникающие при получе-нии первого гранта и т.п.
Характерной чертой II Всероссийской школы-конференции молодых ученых “Катализ: от науки к промышленности” являлось обсуждение наиболее актуальных и важных направлений и тематик научных исследований в области катализа, отражающих тенденции развития катализа в России и мире. Кроме того, в ходе конференции обсуждались важные для развития научного и промышленного потенциала России вопросы, касающиеся внедрения в промышленность и финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. В рамках программы “У.М.Н.И.К.” молодым ученым была предоставлена реальная возможность получить финансовую поддержку для выполнения и последующего внедрения своих работ.
Авторы лучших докладов были награждены дипломами: диплом первой степени за лучший устный доклад получили О.А. Стонкус, аспирант, м.н.с. Института катализа СО РАН (“Состояние палладия в катализаторах Pd/CeO2 и Pd/Al2O3 окисления CO в режиме автоколебаний”) и Д.О. Мартынова, аспирант, м.н.с. Томского государственного университета (“Синтез и каталитическая активность мезопористого Ag/SiO2 в низкотемпературном окислении СО”); диплом второй степени – Ю.А. Зайцева, аспирант, м.н.с. Института катализа СО РАН (“Каталитическое превращение карбоновых кислот в кетоны”) и И.Н. Воропаев, к.х.н., н.с. Института катализа СО РАН (“Разработка палладиевых катализаторов нового поколения на мезопористых углеродных носителях для процессов гидрирования растительных масел”); диплом третей степени – Д.А. Свинцицкий, аспирант, м.н.с. Института катализа СО РАН (“Окисление СО на поверхности наночастиц оксида меди”) и О.А. Кунгурова, магистрант Томского государственного университета (“Кобальтсодержащие катализаторы процесса Фишера-Тропша на основе модифицированной гамма окиси алюминия”). Полные тексты отдельных устных докладов были рекомендованы к публикации в журнале “Кинетика и катализ”.
III Всероссийскую научную школу-конференцию молодых ученых “Катализ: от науки к промышленности” планируется провести в 2014 или 2015 году.
к.х.н. А.И. Стадниченко
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск/P>