3.2 Основные задачи инхс ран

В настоящее время Институт представляет собой многопрофильное научное учреждение, основными направлениями исследований которого является нефтепереработка, нефте- и газохимия; гетерогенный, гомогенный и мембранный катализ; синтез и физико-химия полимеров, в том числе полимеров биомедицинского назначения; создание перспективных полимерных и композитных материалов, в том числе нанокомпозитов; мембранная наука и технология. Структура Института включает 29 научных подразделений, в которых работают 270 научных сотрудников, всего в Институте трудятся около 400 человек.

3.3 Структура института

Отдел №1- Научно-организационный

Лаборатория №2 - Химии нефти и нефтехимического синтеза

• Сектор №1 химии нефти им. С.С.Наметкина

• Сектор №2 каталитического синтеза на основе оксидов углерода и углеводородов им. А.Н.Башкирова

• Сектор №3 разработки технологий каталитических процессов

• Группа конверсии попутного и природного газа в моторные топлива и низшие олефины

• Группа каталитических процессов нефтепереработки

• Группа гидроконверсии тяжелых нефтяных остатков и высоковязких тяжелых нефтей

• Группа каталитической конверсии углеродсодержащего возобновляемого сырья в моторные топлива и сырье для нефтехимии

Лаборатория №4 - Химии углеводородов

Лаборатория №5 - Катализаторов нефтехимических процессов

Лаборатория №6 - Кинетики

Лаборатория №7 - Физико-химических исследований

Лаборатория №8 - Металлоорганического катализа

Группа №9 - Катализаторов процессов полимеризации

Лаборатория №10 - Кремнийорганических и углеводородных циклических соединений

Лаборатория №11 - Реологии полимеров

Лаборатория №12 - Каталитических нанотехнологий

Лаборатория №14 - Плазмохимии и физикохимии импульсных процессов

Лаборатория №15 - Спектральных исследований

Лаборатория №16 - Хроматографии

Лаборатория №17 - Аналитическая

Лаборатория №18 - Полимерных мембран

Лаборатория №20 - Исследования каталитических процессов на мембранах

Лаборатория №21 - Модификации полимеров им.Н.А.Платэ

Лаборатория №22 - Органического катализа

Лаборатория №23 - Синтеза селективно-проницаемых полимеров

Лаборатория №25 - Химии полиэлектролитов и поверхностно-активных полимеров

Лаборатория №26 - Химии полисопряженных систем

Лаборатория №27 - Полимерных адгезивов

Лаборатория №28 - Физико - химии мембранных процессов

Лаборатория №29 - Мембранного газоразделения

Группа №30 - Патентных исследований и патентной защиты

3.4 Индивидуальное задание «Мембранный катализ, применение и преимущества»

Мембранный катализ, основан на избирательном переносе через катализатор, как через мембрану, одного из веществ, участвующих в реакции. Мембраной (мембранным катализатором) может служить сам катализатор или к.-л. материал с нанесенным на него каталитически активным веществом.

В мембранном катализе используют монолитные мембранные катализаторы, состоящие из металла или его сплава и не имеющие сквозных пор, а также пористые и композиционные катализаторы. Монолитные мембранные катализаторы (ММК) обычно представляют собой металлическую фольгу или тонкостенную трубку. Для реакций с участием Н2 ММК служат Pd и его сплавы, с участием O2-Ag. При этом водород или кислород, пропускаемые с одной стороны ММК, проникают через катализатор в атомарной форме, активной для присоединения к молекулам, адсорбированным на противоположной поверхности катализатора. В результате этого увеличивается общая скорость реакций, возрастает селективность катализатора в реакциях образования продуктов неполного гидрирования или окисления. Напр., на ММК из Pd-сплава селективно происходит гидрирование циклопентадиена в циклопентен (выход 98%), а на катализаторах из Ag-окисление спиртов в альдегиды. Высокая селективность реакции обусловлена также тем, что степень заполнения поверхности катализатора субстратом не зависит от степени заполнения ее газом, поступающим через катализатор. При дегидрировании и дегидроциклизации удаление из зоны реакции образующегося Н2, благодаря его диффузии через мембрану, подавляет обратные и побочные процессы. Так, на ММК из сплава Pd (15%) и Rh (85%) 1,2-циклогександиол дегидрируется в пирокатехин с выходом 95% без образования, в отличие от реакции на обычном катализаторе, побочного продукта - фенола.

На ММК возможен также мембранный катализ с переносом водорода и азота в виде атомов через мембрану из Fe; на противоположной поверхности они соединяются в молекулы NH3, концентрация которых намного превосходит равновесную для реакции молекулярных Н2 и N2 в тех же условиях.

Пористые мембранные катализаторы (ПМК) обычно представляют собой пористые пластины или трубки, у которых поверхностный слой или весь объем каталитически активен. В отличие от монолитных катализаторов, они не обеспечивают подведения атомарного реагента в зону реакции, но позволяют подавать большие кол-ва газообразного реагента или более равномерно распределять его в жидком. Так, ПМК используют при гидрировании хлопкового масла, ожижении угольной пасты и др. Положительные особенности монолитных и пористых катализаторов сочетаются при создании композиционных мембранных катализаторов (КМК). Они обычно состоят из пористого, механически прочного листа каталитически неактивного вещества и тонкой, но сплошной пленки активного вещества. Для формирования последней может потребоваться промежуточный непористый слой, и тогда катализатор становится трехслойным, как, например, металлокерамический лист, покрытый слоем термостойкого и газопроницаемого полимера с нанесенным на него слоем Pd или его сплава (толщиной до 10 мкм). КМК содержат гораздо меньше металла на единицу поверхности, чем монолитные, более устойчивы, проницаемы для Н2 при более низких температурах, что позволяет гидрировать термически нестойкие вещества.

Преимущество мембранного катализа перед обычным обусловлено также избирательным переносом энергии, необходимой для реакции. Если реакция на одной из поверхностей катализатора сопровождается уменьшением энергии Гиббса системы, то на другой поверхности становится возможной реакция с возрастанием энергии Гиббса. Кроме того, перенос тепла, которое выделяется при экзотермическом присоединении Н2, протекающем на одной поверхности катализатора, облегчает проведение на другой его стороне сопряженной эндотермической реакции дегидрирования без сложных теплообменных устройств. Так, сопряжение дегидрирования нафтенов или олефинов с гидродеалкилированием гомологов бензола на ММК повышает скорости обеих реакций и выходы целевых продуктов по сравнению с теми, которые наблюдаются при раздельном их осуществлении. При дегидрировании изопропанола, сопряженном с гидрированием циклопентадиена на ММК из сплава Pd-Ru, на другую сторону мембраны переносится в 2,5 раза больше Н2, чем при проведении отдельной реакции дегидрирования.

Мембранный катализ дает возможность перейти к непрерывным, малостадийным процессам при производстве химических реактивов, душистых веществ, лекарственных препаратов и других продуктов высокой чистоты. При этом устраняются потери драгоценных металлов из катализаторов, уменьшается число технологических операций и количество отходов, отпадает необходимость в реакторах высокого давления. Для гидрирования вместо дорогого электролитического водорода могут быть использованы газы химической и нефтеперерабатывающей промышленности, богатые водородом.

По механизму мембранного катализа происходят важнейшие процессы метаболизма на ферментах, закрепленных в биомембранах с избирательной проницаемостью.