В рамках Дней российской науки свои двери открыли почти все институты Академгородка. Во многих из них побывали наши корреспонденты. А сегодня мы приглашаем вас посетить Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.
Термин «катализ» был введён в 1835 году шведским учёным Йёнсом Якобом Берцелиусом. И означает он процесс ускорения (или усиления) одного из возможных направлений экзотермической химической реакции под действием катализатора. Что важно, сам катализатор сохраняется и после завершения реакции. Самые эффективные катализаторы – ферменты, что управляют реакциями в нашем организме. Но это гомогенный катализ, по результатам которого трудно (или даже невозможно) отделить катализатор от конечного продукта. К тому же, перечень химических реакций, в которых задействованы ферменты, ограничен. Вот и приходится людям разрабатывать специальные гетерогенные катализаторы для промышленных нужд: сегодня большинство промышленных реакций – каталитические.
Самые первые катализаторы были открыты эмпирическим путем, но уже довольно скоро в деле возобладал системный подход. А направление исследований стало определяться, прежде всего, экономическими задачами.
Так, в 1958 году вышло Постановление Пленума ЦК КПСС от 7 мая 1958 г. «Об ускоренном развитии химической промышленности и особенно производства синтетических материалов и изделий из них для удовлетворения потребностей населения и нужд народного хозяйства».
И в том же году, в рамках его реализации в новосибирском Академгородке открылся Институт катализа.
Основателем и первым директором Института стал известный советский химик (в будущем – академик), автор собственной теории катализа, основанной на представлениях о чисто химической природе каталитического действия, Георгий Константинович Боресков. В числе достижений Института под его руководством стало создание катализаторов для производства серной кислоты, которые сегодня приводятся в качестве примера в школьных учебниках. А также многих других катализаторов, которые сегодня широко используются в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Работа научного коллектива ИК СО РАН не раз была отмечена государственными премиями и наградами.
Первые катализаторы, как уже говорилось, открывали часто путем эмпирических наблюдений. Но сегодня – это результат планомерной научной работы. Причем, начинается все с фундаментальной науки: изучения химических реакций и веществ, в них задействованных. Известно, что катализатор снижает барьер для осуществления реакции. Отсюда задача ученых – понять, как это происходит и как можно управлять этим процессом. Для ее решения используются самые разные методы и дорогостоящее уникальное оборудование.
В одной из лабораторий исследования ведут на установке фотоэлектронной рентгеновской спектроскопии. В свое время в Великобритании было изготовлено пять таких комплексов и один из них уже много лет используется в Институте катализа. Он позволяет измерять уровни электронов в атоме исследуемого вещества – и тем самым, довольно точно определять химический состав образца без его разрушения.
А в других лабораториях, при помощи различных микроскопов – оптических и электронных – химики изучают, как распределены различные компоненты структуры этого вещества – однородно, неоднородно и т.д. Это позволяет взглянуть на объект исследования совсем под другим углом. Так, в результате комплексной научно-исследовательской работы формируется фундаментальное знание о той или иной химической реакции, что в дальнейшем и позволит управлять ею в прикладных нуждах.
С проблемой масштабирования сталкиваются исследователи в самых разных научных дисциплинах. Часто результат, полученный в лаборатории, не удается повторить при попытке воспроизвести его в больших масштабах (особенно, когда дело касается промышленного производства). Собственно говоря, это одно из главных возможных препятствий на пути превращения открытия в технологию. Для решения этой задачи в Институте катализа работает свой опытный цех, где изготавливаются партии катализаторов.
Сначала рассчитывают, какой должна быть несущая решетка катализатора, чтобы поддерживать на протяжении всей химической реакции тепло- и массоперенос вещества в заданных параметрах. Этим занимается специальный отдел. Затем, на основе их расчетов изготавливаются носители, которые впоследствии обрабатываются собственно катализатором. На выходе получается готовый продукт для соответствующего участка химического производства.
Мы неоднократно рассказывали про исследования, проводимые сотрудниками Института катализа СО РАН. И в будущем не раз вернемся к этой теме, поскольку сегодня в стенах Института ведется весьма востребованная нуждами сегодняшнего дня работа. Особенно, если заявленный процесс модернизации нашей промышленности не окажется пустыми декларациями. Напомним, большинство химических реакций в современной промышленности носят каталитический характер. И инструментарий для них создается здесь, в новосибирском Академгородке.
Георгий Батухтин
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии