В Красноярске состоялась VII Школа молодых ученых-химиков

2-6 октября 2023 года в Красноярске состоялась VII Школа молодых учёных «Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы». Организаторами мероприятия стали ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН», Сибирский федеральный университет. Школа прошла под эгидой 300-летия РАН и состоялась при финансовой поддержке Российского научного фонда. Участниками стали ученые из Красноярска, Москвы, Новосибирска, Омска, Нижнего Новгорода, Иркутска и Томска. Молодые ученые и студенты представили доклады по различным аспектам глубокой переработки органического сырья, в том числе о составе растительного сырья, каталитических процессах его переработки, изучении катализаторов.

Школа-конференция началась с приветственных слов организаторов.

«Очень примечательно, что одним из мест локализации проведения школы стал Красноярск. В Красноярске переработка возобновляемого органического сырья – это одна из ведущих тематик Института химии и химических технологий СО РАН. Эта тематика интересна и Сибирскому федеральному университету. В этом году на конференции выступят известные в области катализа ученые из других научных учреждений. Желаю вам плодотворной работы и, что немаловажно, подготовки публикаций в журналах по результатам ваших выступлений», — отметил в своем приветственном слове научный руководитель Школы молодых ученых, академик РАН председатель СО РАН Валентин Пармон.

«Это пятая Школа-конференция, которая проводится в Красноярске. И за эти пять лет я отчетливо вижу прогресс молодых сотрудников, которые имеют возможность встретиться с корифеями в области каталитической переработки. Например, наши аспиранты получили премии губернатора Красноярского края. Конференции — это один из бонусов научной работы. Принимая участие в конференции, мы можем не только послушать корифеев, но и оценить себя», — рассказала доктор химических наук профессор РАН директор Института химии и химической технологии СО РАН Оксана Таран.

Стержнем Школы-конференции стали десять пленарных докладов от научных мэтров. Они касались актуальных тем переработки органического сырья, связи науки и производства, перспективных научных методов и их применения. Например, о проекте ЦКП «СКИФ», его устройстве, реализации и дальнейшей работе рассказал кандидат химических наук заведующий отделом синхротронных исследований координатор разработки и создания станции «Электронная структура» Андрей Бухтияров: «СКИФ – будет самым ярким местом на Земле. Синхротронное излучение можно использовать для изучения различных материалов, в медицинских и биомедицинских исследованиях, инновациях и промышленных технологиях. В том числе СКИФ можно использовать для катализа. Источники синхротронного излучения – мультидисциплинарные фабрики по генерации научных знаний с колоссальным потенциалом научно-технологического, инновационного и социального развития».

Еще одним примечательным пленарным выступлением стал доклад члена-корреспондента РАН доктора технических наук Александра Носкова (ИК СО РАН, Новосибирск) о перспективах и задачах нефтегазохимии в России. Он отметил роль каталитических процессов в химической промышленности: на них базируется вся нефтепереработка, крупнотоннажные процессы нефтехимии, полимеризация и переработка жиров в твердые масла. 15% ВВП России основано на применении катализа, а потребность в катализаторах в России оценивается в 60-70 тысяч тонн в год.

О взаимодействии науки и производства рассказал кандидат химических наук Михаил Лазарев (АО «Оргхим»). Он отметил, что сейчас ученые сталкиваются не только с научными вызовами, но и с организационными. Поскольку прервана связь науки, особенно отраслевой, и производства. Сейчас, утверждает специалист, необходимо формировать новые условия взаимодействия науки и производства, к которым нужно адаптироваться и производственникам, и учёным. На своем примере он рассказал, как эту связь можно восстановить.

От Красноярского научного центра СО РАН с пленарными докладами выступали Валерий Тарабанько, доктор химических наук, главный научный сотрудник, рассказавший о массопереносе в процессах парциального окисления лигнинов в ценные химические продукты, и Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, выступление которого было посвящено теме древесной гемицеллюлозы. «В последние годы возрастает актуальность использования возобновляемых источников сырья для производства различных классов химических продуктов. Наиболее востребованным направлением является переработка отходов целлюлозно-бумажной промышленности, представляющих собой лигнины и гемицеллюлозы, которые практически не используются в промышленности. Гемицеллюлозы представляют собой семейство гетерогенных полисахаридов с различными структурными единицами. В докладе представлены процессы модификации гемицеллюлоз с получением функциональных анионных производных и оптимальные условия процесса сульфатирования гемицеллюлозы комплексом сульфаминовая кислота-мочевина в отсутствии растворителя, при которых достигнута максимальная степень замещения. Полученные таким образом модифицированные гемицеллюлозы предлагается использовать в качестве перспективного стабилизатора коллоидных систем, а также как самостоятельных биологически активных соединений», — рассказал Юрий Маляр.

Выступления молодых ученых – участников конференций касались вопросов получения, подготовки и переработки различного сырья, разработки и изучения новых каталитических процессов и их технологических основ. После завершения всех докладов научный комитет Школы-конференции выбрал лучшие из представленных работ молодых специалистов.

Диплом первой степени присужден Виктору Голубкову (Институт химии и химической технологии СО РАН) за разработку активного и стабильного катализатора на основе мезопористого силиката, допированного оксидами циркония и ниобия. Новый катализатор характеризуется высокой активностью и стабильностью, устойчив к выщелачиванию. Он позволит сократить производственные затраты и улучшить эколого-экономические показатели производства. «Разработанные катализаторы перспективны для применения в процессе гидрирования ксилозы и могут конкурировать с известными каталитическими системами», — отмечает ученый.

Диплом второй степени присужден Ксении Черепановой (ИК СО РАН, Новосибирск) за доклад «Получение 5-гидроксиметилфурфурола из целлюлозы, выделенной из растения Мискантуса Сорановского, в присутствии серосодержащих циркониевых катализаторов». Фурановые производные, например, 5- гидроксиметилфурфурола могут найти применение в топливной, полимерной, фармацевтической, химической отраслях производства. Данный материал получают из растительной непищевой биомассы с высоким содержанием целлюлозы, например, сельскохозяйственных отходов. Однако для этого необходимо использовать специальные катализаторы, например, как предложила исследовательница, серосодержащие циркониевые катализаторы. После испытания в одностадийном процессе гидролиза-дегидратации целлюлозы наиболее эффективным оказался катализатор ZrO2-S-12, в присутствии которого выход 5-гидроксиметилфурфурола составил 15% от массы за 7 часов реакции.

Дипломом второй степени награжден Сергей Коваленко (Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва) за исследование «Карбонилсодержащие гибриды марганца (I): реакционная способность и каталитическая активность», в котором оценивались их кислотность и кинетическая гидридность. Автор показал, что механизм переноса гидрид-иона включает образование меридиональных изомеров, обладающих более высокой реакционной способностью, и продемонстрировал возможность применения некоторых трикарбонильных комплексов в реакциях каталитического дегидрирования различных амин-боранов и гидросилилирования органических субстратов.

Дипломы третьей степени раздели между собой трое участников.

За выступление с докладом «Особенности приготовления Ni-Mo/ZSM-23 катализаторов для процесса гидропереработки смеси жирных кислот с получением изо-алканов» диплом третьей степени присужден Ксении Ковалевской (ИК СО РАН, Новосибирск). «Широкое использование ископаемого топлива является основной причиной энергетического и экологического кризиса. Потенциальным решением может быть замена их на топлива, получаемые из биомассы, в частности, из растительных масел. На настоящий момент актуально исследование никельсодержащих катализаторов на цеолитах для процесса гидрооблагораживания растительных липидов. Мы показали, что катализатор, приготовленный из аммиачного совместного раствора, является самым активным и стабильным из всех образцов. Он отличается наименьшим размером как никелевых, так и молибденовых частиц. Такое поведение катализатора связано с его способностью образовывать мономолибдат, который более прочно связывается с поверхностью носителя, восстанавливается при больших температурах и образует более мелкие частицы», — рассказала исследовательница.

Николай Зосько (Институт химии и химической технологи СО РАН) — за доклад «Синтез и фотоэлектрокаталитичечкая активность фотоннокристаллических TiO2 нанотрубок». Оксид титана (TiO2) считается одним из лучших фотокатализаторов, благодаря высокой устойчивости к коррозии, химической и оптической стабильности, низкой стоимости и нетоксичности. Нанотрубки на основе этого материала обладают свойствами фотонного кристалла и имеют стабильный и воспроизводимый фотоотклик. Величина плотности их фототока в 1,3 раза выше, чем у фотоннокристаллических нанотрубок. При сдвиге длины волны облучения в сторону ближней ультрафиолетовой и ультрафиолетовой областей спектра фотоннокристаллические наноструктуры оксида титана демонстрируют рост фототоков от 1,2 до 4 раз.

Дарье Сосниной (Национальный исследовательский Томский политехнический университет) — за доклад «Вовлечение возобновляемого сырья в процесс получения компонентов моторных топлив на цеолитном катализаторе». Было отмечено, что вовлечение рапсового масла в переработку на цеолитном катализаторе позволяет получать продукты широкого фракционного состава, в том числе комплекс компонентов моторных топлив. «Запасы нефти ежегодно истощаются, ухудшается ее качество, а также значительно возрастают затраты на добычу и переработку. Актуальными становятся поиск возобновляемых источников энергии. Была изучена возможность получения компонентов моторных топлив при переработке рапсового масла, которое было химически разделено на бензиновую, керосиновую и дизельную фракции. Бензиновая фракция не удовлетворяет требованиям по содержанию ароматических соединений и плотности, однако характеризуется высоким показателем, позволяющим использовать ее в качестве смесевого компонента товарных бензинов с целью повышения их стабильности. Керосиновая — удовлетворяет требованиям для топлива марки реактивное топливо. Дизельная — удовлетворяет требованиям и может быть использована в качестве смесевого компонента товарного дизельного топлива с целью улучшения его низкотемпературных характеристик и получения топлива зимней или арктической марки», — поделилась результатами исследовательница.

В рамках VII Школы молодых учёных прошла также секция с участием учащихся классов РАН, где школьники представили результаты своей работы под руководством ученых-кураторов — сотрудников ФИЦ КНЦ СО РАН.

Диплом первой степени присужден Злате Богряцовой (Гимназия № 13 «Академ») за доклад «Комплексная оценка загрязнения снегового покрова урбанизированной территории Красноярска». Талая вода может содержать большое количество загрязняющих веществ, которые попадают в снег из атмосферы. В результате таяния снега токсичные вещества попадают в почву и водоемы. Школьница исследовала талую воду в пяти районах Красноярска во время режима “Черного неба”. Анализ всхожести кресс-салата и биолюминесцентное тестирование показали среднюю загрязненность во всех районах, причем Черемушки и Свердловский районы оказались самыми загрязненными, а самым чистым - Ветлужанка.

Диплом второй степени вручен Анастасии Талантаевой (Гимназия № 13 «Академ») за доклад «Морфологическое состояние слизистой оболочки полости рта при использовании зубной пасты». В своей работе ученица методом жидкостной цитологии изучила буккальный эпителий. Микроскопическое строение буккального эпителия отличалось до и после использования зубной пасты: отмечалось снижение количества слизи, лейкоцитов и количества незрелых эпителиоцитов.

Диплом второй степени вручен также Марии Клейн (Гимназия № 13 Академ») за изучение взаимосвязи личностных особенностей подростков с использованием электронных устройств для курения. Ученица опросила 112 человек в возрасте 11–19 лет, 47% из которых пользуются электронными устройствами курения на постоянной основе, и выяснила, что электронные сигареты влияют на личностные особенности человека. Например, по сравнению с некурящими у курящих юношей наблюдается большая выраженность черты личности «открытость опыту». «Для профилактики развития зависимого поведения, к которому относится табакокурение, в том числе с использованием электронных сигарет, необходимо тщательно изучать психологические особенности детей и подростков, которые могут косвенно способствовать развитию аддикций. Кроме этого, совершенствование законодательства в вопросе оборота электронных устройств для курения позволит ограничить воздействие токсичных веществ на окружающих, снизит риск отравлений и пагубных последствий для здоровья, в первую очередь для несовершеннолетнего населения», — отметила девушка.

Дипломы третьей степени вручены трем участникам. Софье Лебедевой (колледж № 2), которая рассмотрела получение наночастиц из этаноллигнинов. Девушка отметила, что в мире с каждым годом растет количество отходов лигноцеллюлозной биомассы, например, лигнина. Из-за чего все популярнее становится запрос на возможности утилизации этих отходов. Один из вариантов - получение наночастиц с помощью метода диализа. Однако это долгий процесс. В своей работе ученица старалась сократить его продолжительность. В результате были получены наночастицы из этаноллигнина сосны за 1 час.

Дарья Меркулова (Гимназия № 13 «Академ») изучала влияние сна на успеваемость учеников. В работе школьница пришла к выводу, что после 22.00 ложатся спать 92,0% мальчиков и 96,0% девочек, а субъективно недостаточную продолжительность сна отмечают 38% мальчиков и 51% девочек. Корреляция с оценками показала, что успеваемость зависит от количества часов ночного сна, чем больше часов школьник спит, тем лучше оценки. При этом наличие дневного сна не влияет на успеваемость подростков.

Лев Юдасин (школа № 10) разработал компьютерную симуляцию для изучения взаимодействия частиц света с электронами атома. «После взаимодействия атома с фотоном состояние электрона меняется согласно правилам отбора, которые записаны в программу через условные операторы. Также атом может излучить обратно поглощённый фотон. Излучение в программе реализовано как процесс, обратный поглощению», — отметил ученик.

В завершении конференции и участники, и организаторы отметили, что Школа была очень продуктивной и позволила молодым ученым представить и оценить свои исследования, обменяться опытом и знаниями с ведущими специалистами, установить новые научные контакты, а также наметить планы на будущее.