2016 рік

У 2016 році завершено виконання 2 фундаментальних НДР:

  • «Закономірності фазоутворення металів при електрокристалізації у водних розчинах в умовах зовнішнього силового впливу» (номер державної реєстрації 0114U002489).
    Керівник НДР: Гірін Олег Борисович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. матеріалознавства.

Мета: експериментально перевірити достовірність виявленого авторами НДР явища фазоутворення металів при електрокристалізації через стадію рідкого стану, для чого установити закономірності фазоутворення металів при електрокристалізації в умовах зовнішнього силового впливу паралельно, перпендикулярно та під кутом до фронту кристалізації.

При проведені НДР були виконані дослідження із застосуванням раніше розробленої авторами відцентрової установки та електрохімічних комірок, які забезпечували процес електрокристалізації металів в умовах незначного силового впливу, що відповідав напрузі менше відсотка від межі текучості металу. Такі умови одержання електроосаджуваних металів забезпечували можливість виявити структурні особливості, характерні для затвердіння рідкої металевої фази. В результаті вперше встановлено:

  • ефект хвилеподібного плину поверхневих шарів електроосаджуваних металів під дією зовнішньої сили, спрямованої паралельно фронту кристалізації, з вигинанням хвиль механічними перепонами та виникненням піни на гребенях хвиль;

  • ефект формування анізотропної конфігурації осадів електроосаджуваних металів зі згладжуванням морфології та зменшенням шорсткості їх поверхні під впливом зовнішньої сили, спрямованої паралельно фронту кристалізації;

  • ефект подрібнення внутрікристалічної структури і морфології поверхні металів, електроосаджуваних в умовах незначного зовнішнього силового впливу перпендикулярно фронту кристалізації;

  • ефект збільшення густини дислокацій в електроосаджуваних металах при впливі зовнішньої сили незначної величини, спрямованої перпендикулярно фронту кристалізації;

  • ефект пластичного деформування поверхневих шарів електроосаджуваних металів затверділими частинками, що переміщуються під дією незначної зовнішньої сили, спрямованої під кутом до фронту кристалізації;

  • ефект виникнення в шарах електроосаджуваних металів, прилеглих до катоду, сферолітів і пентагональних квазікристалів, характерних для металів, що одержані при надшвидкому затвердінні сильно переохолодженої рідкої металевої фази.

Одержані результати доводять існування явища фазоутворення електроосаджуваних металів через стадію переохолодженого рідкого стану. Результати роботи вносять докорінні зміни в існуючі уявлення щодо формування фаз і структури металів при їх електрокристалізації і визначають нові напрямки одержання електропокриттів з поліпшеними хіміко-механічними властивостями. Розробка напрямів практичного використання цього явища в енергетиці (при виробництві хімічних джерел струму), металургії (при виробництві лудженої жерсті) та ракетно-космічній техніці (при нанесенні на спеціальні вироби покриттів з поліпшеною міцністю та корозійною стійкістю) сприятимуть укріпленню національної безпеки та обороноздатності країни.

  • «Координаційні сполуки Re(I,III) та Zr(IV) як основа для синтезу нових біологічно активних речовин та функціональних матеріалів» (номер державної реєстрації 0114U002488).
    Керівник НДР: Штеменко Олександр Васильович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. неорганічної хімії.

Мета: синтез нових комплексних сполук та оксидних систем на основі Re(I,III) та Zr(IV), як біоактивних та нанорозмірних функціональних матеріалів, дослідження їх властивостей, механізму біологічної дії та форм існування у розчинах та живих організмах.

У результаті виконання НДР були отримані нові знання з хімії комплексних сполук та оксидних систем на основі Re(I,III) та Zr(IV), що дозволяє зрозуміти механізм біологічної дії (зокрема антиракової) одержаних сполук та прогнозувати речовини з найефективнішою біоактивністю.

Підтверджена гіпотеза про те, що антиракова, антиоксидантна, цитостабілізуюча, гепатопротекторна, імуномодулююча та інші види біологічної активності, наявність яких уже доведена для біядерних кластерних сполук Re(ІІІ), є результатом можливості низькоенергетичного електронного переходу у почверному зв’язку Re-Re або захвату компонентою зв’язку електрона. Крім того, доведено, що цілеспрямована дія на клітину забезпечується шляхом ковалентної взаємодії з біологічними макромолекулами (білки, ДНК та ін.), їх складовими частинами (амінокислотами, нуклеїновими основами, нуклеотидами, нуклеозидами) та плазмідами.

Встановлений механізм антирадикальної дії комплексних сполук ренію(ІІІ) полягає у переході одного електрону зі штучного модельного радикалу на почверний зв’язок реній-реній комплексних сполук диренію(ІІІ). Механізм був досліджений на прикладі системи: стабільний трифенілвердазильний радикал та високореакційна сполука диренію(ІІІ) у розчині. Цей механізм має перевагу у тому, що комплексні сполуки ренію(ІІІ), на відміну від відомих аналогів, здатні каталізувати розклад вільних радикалів, виступаючи як антирадикальні агенти багатократної дії.

На основі детальних досліджень люмінесцентних властивостей доведено, що координаційні сполуки на основі карбонілів ренію(I) можуть слугувати біологічними маркерами та мітками для флуоресцентної візуалізації клітин, у тому числі для діагностування онкологічних захворювань та відстеження розподілу фармацевтичних препаратів у живому організмі. Розроблена концепція цілеспрямованого введення флуоресцентних міток на основі трикарбонільних комплексів ренію(I) до біомолекул полягає у синтезі люмінофору, що має вільну карбоксильну групу та приєднанні до нього пептиду, що буде виконувати транспортну роль. Приєднання здійснюється шляхом пептидного синтезу за рахунок утворення амідного зв'язку між карбоксильною групою ліганду та аміногрупою пептиду.

Деякі з одержаних координаційних сполук Zr(IV) можуть бути використані для отримання матеріалів медичного призначення (штучні кістки, зубні протези, медичний інструментарій). Також встановлена технологічна ефективність метансульфонатних прекурсорів для виготовлення тонкоплівкових твердих електролітів для паливних комірок типу «Fuel Sell».

У 2016 році завершено виконання 2 прикладних НДР:

  • «Розробка резервних літієвих батарей працездатних при температурі до мінус 25С з терміном зберігання 15 років» (номер державної реєстрації 0115U003164).
    Керівник НДР: Шембель Олена Мойсеївна, д-р хім. наук, проф., зав. НДЛ хімічних джерел струму (ХДС).

Мета роботи: дослідження матеріалів та розробка високоенергоємного резервного джерела струму, яке поєднує переваги первинного ХДС і акумулятора. Первинне літієве джерело струму на відміну від акумулятора має в декілька разів вищі енергетичні характеристики і низький саморозряд, що дає можливість негайно отримати необхідну енергію після довготривалого зберігання. В той же час принциповим для розробки ХДС є можливість циклування після активації, в результаті чого ефективність ХДС суттєво зростає.

В ході виконання НДР були розроблені: рекомендації щодо складу композитної маси позитивного електроду; лабораторна технологія виготовлення катода; рекомендації щодо складу неводного електроліту; методика виготовлення експериментальних зразків резервних літієвих джерел струму; методика експрес-випробувань джерел струму, що моделює їх тривале зберігання. Були виготовлені експериментальні зразки резервних літієвих джерел струму циліндричної конфігурації (діаметр 6,3 мм, висота 55 мм).

Запропоновано ефективний шлях підвищення питомої енергії мініатюрних резервних джерел струму за рахунок втілення двошарової структури корпусу. Відомо, що зменшення об’єму джерел струму призводить до збільшення питомої вагової та об’ємної частки корпусу в конструкції. Це зменшує питомі енергетичні характеристики джерел струму. Втілення розробленої інноваційний структури корпусу джерела струму в інші конструкції та габарити розроблених джерел струму дозволить підвищити їх енергетичні характеристики в порівнянні з існуючими джерелами струму та створить додатковий економічний ефект. Також інноваційним є шлях підвищення питомої енергії розроблених резервних елементів на 30 % методом активації за рахунок заряду після першого розряду, що неможливо для комерційних аналогів елементів. Після активації розрядна ємність зберігається не змінною протягом тривалого часу зберігання. Активація дає можливість регенерувати резервне джерело живлення 3-4 рази після використання в обладнанні, що підвищує ресурс служби джерел струму та їх конкурентоспроможність. вагова питома енергія розробленого резервного джерела струму після активації зарядом становить 340 Вт·год/кг, що приблизно на 30 % вище, ніж для аналогічного джерела струму Li-FeS2 серії Ultinate lithium від компанії Energizer в габаритах АА (250 Вт·год/кг), та перевищує на 41 % питому енергію ХДС в габаритах ААА (200 Вт·год/кг).

Розроблені зразки літієвих джерел струму були представлені на Міжнародній спеціалізованій виставці « Зброя та безпека» (м. Київ).

Приватне акціонерне товариство “Науково-виробничий комплекс “Курс” та Державне підприємство «Укроборонсервіс» запропонували розглянути можливість розробки та виготовлення резервних хімічних елементів живлення довготривалого зберігання за вказаними параметрами з терміном зберігання 15 років. Ці підприємства також зацікавлені в технічній пропозиції із зазначенням виробничих потужностей на території України для виготовлення розроблених джерел струму.

У 2016 році на державне замовлення почав виконуватись договір «Розроблення технології виготовлення високоенергоємних літієвих джерел струму з полімерним електролітом».

  • «Фізико-хімічні основи переробки титано- та молібденовмісної сировини в технологіях оксидних пігментів та каталізаторів» (номер державної реєстрації 0115U003163).
    Керівник НДР: Ніколенко Микола Васильович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. аналітичної хімії та технології харчових добавок та косметичних засобів (АХ та ХТХД і КЗ).

Мета: встановити фізико-хімічні закономірності процесів переробки титано- та молібденовмісної сировини та визначити умови їх інтенсифікації з метою удосконалення технологій оксидних пігментів та каталізаторів.

У результаті виконання НДР одержані прикладні наукові результати:

  • експериментально доказано, що в процесі подрібнення фазовий склад ільменітового концентрату якісно і кількісно змінюється. Зміна фазового складу пояснюється окисненням ільменіту і розкладанням метастабільної фази Fe2Ti3O9 з утворенням фаз Fe2TiO5 і TiO2;

  • експериментально доказано, що процес сульфатизації зміненого ільменіту слід розглядати як двостадійний. Визначені основні фактори оптимізації процесу сульфатизації ільменіту: розмір часток рудної сировини та температура реакційного середовища за умови використання 85%-них розчинів сульфатної кислоти;

  • встановлено, що між спостережуваними константами швидкості хімічного розчинення зміненого ільменіту і концентраціями розчинів сульфатної кислоти спостерігається лінійна залежність тільки до концентрації 85%. Подальше підвищення концентрації кислоти призводить до швидкого зменшення ступеня вилуговування титану. Показано, що така «аномальна» закономірність добре пояснюється тим, що негідратовані молекули сульфатної кислоти не приймають участь у процесі вилуговування;

  • термодинамічний аналіз системи Fe2O3/Fe2(MoО4)3/MoО3/Na2CO3 в інтервалі температур 473-1273 К показав, що в конденсованому стані перебувають тільки Fe2(MoО4)3, MoО3 і Na2CO3. На відміну від MoО3, вміст Na2CO3 і Fe2(MoО4)3 у всьому вивченому діапазоні температур не змінюється, що свідчить про неможливість розкладання ферум молибдату способом спікання з кальцинованою содою;

  • вперше одержано рівняння для швидкості гетерогенного процесу у внутрішньодифузійному режимі, в якому концентрація реагенту пов’язана функціональною залежністю зі ступенем перетворення цільового продукту. Згідно встановлених закономірностей, в якості основних факторів оптимізуючого впливу процесу вилуговування молібдену слід розглядати розмір частинок каталізатора і концентрацію вилуговуючих розчинів;

  • виконано термодинамічний і кінетичний аналіз процесів кислотного та лужного вилучення молібдену з відпрацьованого залізо-молібденового каталізатора конверсії метанолу. Встановлено, що швидкість процесу розкладання ферум молібдату розчинами реагентів з рівними концентраціями змінюється в ряді: NaOH > Na2CO3 > H2SO4 > NH4OH;

  • вперше доведено, що кислотний спосіб переробки залізо-молібденового каталізатора не є доцільним, тому що розділення солей феруму і молібдену не досягається. Порівняльний аналіз ефективності вилуговування різними реагентами показав, що найкращим для вилуговування молібдену є концентрований розчин аміаку. Встановлено, що аміачний спосіб комплексної переробки відпрацьованого каталізатора забезпечує вилучення молібдену на рівні 90–95%.

Серед потенційних замовників ТОВ «ТИТАНПРОЕКТ» (Акт-випробувань способу переробки відпрацьованого оксидного залізо-молібденового каталізатора від 17.02.2016 р.).


2015 рік


У 2015 році завершено виконання 2 прикладних НДР:

  • «Наукові основи технології нових скломатеріалів та склопокриттів антикорозійного та електротехнічного призначення» (номер державної реєстрації 0114U002486).
    Керівник НДР: Голеус Віктор Іванович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. хімічної технології кераміки та скла.

Мета: створити наукові основи розробки хімічного складу та встановити основні технологічні параметри виготовлення  нових скловидних (аморфних) матеріалів та склопокриттів в оксидних системах Si-V-Ti-O-H, PbO-B2O3-SiO2, Na2O-MeO-Al2O3-TiO2-ZrO2-B2O3-SiO2, MgO-CaO-BaO-Al2O3-B2O3-SiO2, які відрізнятимуться спеціальними хімічними, оптичними та електрофізичними властивостями та які є  перспективними для використання в різних галузях науки та сучасної техніки.

В результаті виконання НДР:

  • покращено технологію виробництва високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого органічними сполуками, оксидами титану та ванадію. З використанням отриманих закономірностей створено дослідну установку одержання модифікованого силіцію (IV) оксиду та запропоновані методи модифікації силіцію (IV) оксиду;

  • створені нові методи прогнозного розрахунку властивостей стекол одержаних в оксидних системах PbO-B2O3-SiO2, Na2O-MeO-Al2O3-TiO2-ZrO2-B2O3-SiO2, MgO-CaO-BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 в залежності від кількісного вмісту в їх складі компонентів. Аналогів розрахункових методів, які одержані в даній роботі, у вітчизняній та закордонній науково-технічній літературі не виявлено. На основі зазначених методів створена комп’ютерна  програма розрахунку властивостей боросилікатних стекол в залежності від їх хімічного складу та температури;

  • визначені оптимальні хімічні склади та основні технологічні параметри виготовлення хімічностійких покриттів для сталевих труб гарячого водопостачання, які можуть використовуватись у виробництві емальованих виробів та запропоновано технологічну інструкцію на одержання емалевих стекол для їх виготовлення;

  • встановлені закономірності зміни властивостей легкоплавких стекол в системі PbO-B2O3-ZnO-SiO2  від їх хімічного складу. Одержані добавки, що регулюють властивості (ТКЛР та ТПР) зазначених стекол. На основі вказаних стекол розроблені склади легкоплавких склокомпозиційних спаїв, які можуть бути успішно використані при виробництві погоджених герметичних метало-скляних вузлів для галузей електроніки та приладобудування;

  • визначені оптимальні хімічні склади та основні технологічні параметри виготовлення за порошково-випалювальною технологією електроізоляційних покриттів на алюмінії, які можуть використовуватись у виробництві емальованих виробів та запропоновано технологічну інструкцію на їх одержання.

Отримані в результаті виконання НДР нові аморфні та скловидні матеріали пройшли успішні виробничі випробування на ТОВ «АТЕМ ПЛЮС» у якості каталізатору; на ТОВ «АГРОМАТ ДЕКОР» у якості електроізоляційного покриття низькотемпературного плівкового нагрівача світлодіодних панелей; на ПАТ «Емальхімпром» у якості безґрунтових склоемалевих покриттів для внутрішньої поверхні труб гарячого водопостачання. Також результати НДР запропоновані до використання на підприємствах хімічної промисловості, а саме ООО «КВІРІН» (м. Київ), ВАТ  «Новомосковський посуд» (м. Новомосковськ, Дніпропетровської обл.), ТПК «ПРИМЭКС» (м. Запоріжжя), ВК «Сантехмонтаж» (м. Дніпро), НВП «Стеліт» (м. Львів)  та інших підприємствах.

  • «Одержання нанорозмірних неорганічних сполук з водних розчинів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми» (номер державної реєстрації 0114U002487).
    Керівник НДР: Півоваров Олександр Андрійович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. технології неорганічних речовин та екології, зав. НДЛ плазмохімічних процесів.

Мета: розробка нових високоефективних плазмохімічних технологій, спрямованих на отримання нанорозмірних неорганічних сполук з водних розчинів.

У процесі виконання науково-дослідної роботи:

  • розроблено та відпрацьовано рекомендації щодо одержання нанорозмірних неорганічних сполук з водних розчинів солей металів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми (КНП). Встановлено технологічні режими плазмохімічного процесу, які забезпечують отримання продуктів з визначеними фізико-хімічними властивостями, необхідними для їх подальшого застосування в різних галузях;

  • розроблено технологію отримання нанодисперсних колоїдних розчинів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми. Визначено технологічні параметри, що забезпечують для синтезу високі показники рентабельності. За допомогою квантово-хімічних розрахунків підібрано та експериментально досліджено речовини для стабілізації колоїдних розчинів, виготовлених на основі води, підданої дії КНП;

  • розроблено технологію одержання нанорозмірних неорганічних сполук заліза, алюмінію та інших металів з водних розчинів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми. Встановлено технологічно доцільні параметри синтезу під дією КНП та наведено фізико-хімічні характеристики отриманих неорганічних сполук. Синтез сполук за розробленою технологією дозволяє одержувати частки заданого розміру та форми;

  • розроблено математичну модель процесу одержання наночасток в розчині під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми;

  • розроблено рекомендації, щодо подальшого використання та впровадження нанорозмірних неорганічних сполук, одержаних плазмохімічним способом. Рекомендації розроблені з врахуванням визначених фізико-хімічних властивостей неорганічних сполук.

Запропоновані рекомендації дозволяють в результаті плазмохімічної обробки отримати колоїдні розчини та неорганічні сполуки, з поліпшеними фізико-хімічними властивостями, використання яких для модифікації існуючих матеріалів, на різних стадіях технологічних процесів підприємств хімічної, текстильної та лакофарбової галузей забезпечує надання вже відомим матеріалам нових властивостей що, як наслідок, сприятиме зростанню конкурентоспроможності продукції на 20-50%.

Застосування технології отримання нанодисперсних колоїдних розчинів під дією КНП дозволяє підвищити ефективність отримання дорогоцінних металів та металів із змінною валентністю на 35-40 % при зменшенні тривалості процесу одержання в 2-3 рази та кількості реагентних складових процесу в 2 рази. Це сприятиме зниженню собівартості виробництва матеріалів на основі колоїдних розчинів на 40-63%. Технологія може бути використана у хімічній та медичній промисловості.

Застосування розробленої технології дозволяє отримувати сполуки заліза, алюмінію та інших металів з водних розчинів плазмохімічним способом за малостадійною технологією, що дозволяє зменшити тривалість процесу в 2-3 рази. Це сприятиме зниженню собівартості виробництва продукції на основі одержаних сполук на 30,0-38,5%. Технологія може бути використана в паливній та лакофарбовій промисловості.

Застосування математичної моделі дозволить контролювати компонентний склад та фізико-хімічні характеристики сполук. Це сприятиме зниженню кількості продукції низької якості і собівартості виробництва нанорозмірних сполук у 1,5-2 рази.


2014 рік


У 2014 році закінчились 4 фундаментальні науково-дослідні роботи:

  • «Засади нової методології визначення функціональної дії нанокомпонентів у полімерних композиціях на основі геометричної фазової морфології» (номер держреєстрації 0112U002063).
    Керівник: Бурмістр Михайло Васильович, академік АІН України, заслужений діяч науки і техніки України, д-р хім. н., проф., зав. каф. переробки пластмас та фото-, нано- і поліграфічних матеріалів.

Мета – розробка методів синтезу, вивчення та оптимізація властивостей функціональних елементоорганічних і іоногенних високомолекулярних сполук та полімерних матеріалів на їх основі; створення методів регулювання фізико-механічних, пружно-гістерезних, адгезійних та інших експлуатаційних  властивостей еластомерних матеріалів із застосуванням речовин природного та синтетичного походження; розробка органо-неорганічних наноструктурованих матеріалів на основі термопластів і ланцюжкових силікатів та композитів з підвищеним комплексом технологічних, фізико-механічних та теплофізичних характеристик.

При виконанні НДР вперше синтезовані нові титанборвмісні алкоксипохідні які були використані для модифікації полімерів і нанокомпозитних матеріалів на їх основі з підвищеним комплексом експлуатаційних властивостей: поліуретанових захисних покрить, полівінілхлоридних композицій для виготовлення кабельно-провідникової продукції, базальтопластиків, а також для гідрофобізації целюлозовмісних матеріалів. 
У роботі були розроблені методи синтезу нових сульфокислотних полімерних матриць та нанокомпозитів, що характеризуються статичною обмінною ємністю до 3,6 мг-екв/г та стійкістю до дії термоокисної деструкції (до 180°С). Наповнювач, що вводиться для збільшення ефективної поверхні нанокомпозиту, розподіляється у полімерній матриці матеріалу виключно у вигляді нанорозмірних включень розміром від 6 до 300 нм. Слід відмітити, що у порівнянні з відомими закордонними та вітчизняними аналогами (типу Amberlite IRA-120 /Великобританія/ та КУ-2-8 і КСМ-2 /Україна/ зі статичною обмінною ємністю 5,6 мг-екв/г, 4,8 та 4,0 мг-екв/г, відповідно), розроблені катіоніти отримують по екологічно чистій і безвідходній технології, а за своєю каталітичною активністю в реакціях естерифікації/переестерифікації вони значно перевищують відомі аналоги.

На підставі дослідження структури та комплексу властивостей еластомерів розроблено практично значимі рецептури еластомерних композиційних матеріалів для виготовлення шин, конвеєрних стрічок, формових гумовотехнічних виробів та матеріалів адгезійного призначення.
За результатами розробки нових композитів на основі модифікованого поліпропілену та модифікованих аліфатичними похідними поліамідів феноло-формальдегідних матриць з високими міцносними властивостями та розробки основ армування їх дискретним волокнистим базальтовим та комбінованими (базальтовим, органічним і вуглецевим) армуючими наповнювачами отримані конструкційні та антифрикційні полімерні композиційні матеріали, властивості яких перевищують властивості відомих композитів. Інтенсивність масового зносу розроблених композитів зменшується у 3,6-12 разів, а коефіцієнт тертя знижується у 1,5-2 рази. Механічні властивості та теплофізичні характеристики полімерних композиційних матеріалів на основі модифікованого поліпропілену підвищуються на 25-40%.

  • «Нанокомпозиційні оксидні електрокаталізатори для процесів окиснення за участю оксигенвмісних радикалів» (номер держреєстрації 0112U002062).
    Керівник: Веліченко Олександр Борисович, д-р хім. н., проф., зав. каф. фізичної хімії.

Мета – встановлення загальних закономірностей анодних процесів, що протікають за участю хемосорбованих оксигенвмісних радикалів та розробка наукових засад керованого синтезу або модифікування нанокомпозиційних оксидних електрокаталізаторів на основі PbO2 і TiO2 з прогнозованими складом, будовою та фізико-хімічними властивостями.

При виконанні НДР були розроблені електроліти та режими електролізу для електрохімічного осадження композиційних електрокаталізаторів PbO2-TiO2, PbO2-ZrO2 і PbO2-Ti, а також PbO2, модифікованого іонами церію, бісмуту, стануму, флуоридними комплексами Стануму та Нікелю із заданим складом, фізико-хімічними і електрохімічними властивостями. Одержані композиційні матеріали можуть бути використані в якості електрокаталізаторів зі збільшеним у 2-4 рази ресурсом роботи для різних електрохімічних процесів, зокрема електрохімічного руйнування токсичних органічних речовин, та у інших процесах, де потрібні аноди з високою перенапругою виділення кисню.

Запропоновано комбінований метод одержання малозношуваних анодів з активним шаром TixOy/Pt на підкладках із металічного титану та субстехіометричних оксидів титану (Ebonex®), який включає гальванічне осадження тонкого шару платини з наступною термічною обробкою на повітрі, що дозволяє керувати складом та властивостями електродів. Електроди з активним шаром TixOy/Pt, отримані на титановій основі за температури обробки 683 К, а також всі матеріали на основі Ebonex® можуть бути рекомендовані як аноди у процесах хромування з форміатно-карбамідних електролітів Cr(III). Аноди Ebonex®/Pt (2 мг/см2), термооброблені при 503 К, можуть також бути застосовані у форміатному електроліті хромування. Це дозволить реалізувати в промисловості процеси гальванічного хромування з електролітів на основі солей Cr(III), замінивши високотоксичні традиційні розчини та суттєво зменшити небезпеку для навколишнього середовища.

Отримані систематичні дані про закономірності синтезу нанокомпозиційних оксидних електрокаталізаторів на основі PbO2 і TiO2 та процеси окиснення за участю оксигенвмісних радикалів, запропоновані моделі і механізми процесів, які реалізуються в цих системах, є новим етапом розвитку теорії електрокаталізу. З досягненнями в цій галузі електрохімії пов'язана можливість керованого синтезу оксидних каталізаторів з заданими фізико-хімічними властивостями та електрокаталітичною активністю, які можуть бути використані в генераторах кисню та озону, при синтезі розчинів високочистого натрій гіпохлориту медичного та ветеринарного призначення, дезинфекції води та руйнуванні органічних забруднювачів водного середовища.

  • «Закономірності електроосадження сплавів і композитів на основі перехідних металів із електролітів з органічними компонентами» (номер держреєстрації 0112U002061).
    Керівник: Данилов Фелікс Йосипович, заслужений діяч науки і техніки України, д-р хім. н., проф. каф. фізичної хімії, директор НДІ Гальванохімії.

Мета – встановити основні закономірності впливу органічних компонентів електролітів на процеси електрохімічного синтезу гальванопокриттів сплавами і композитами на основі перехідних металів. Виявити чинники, які визначають ефективність дії органічних добавок, та з'ясувати вплив умов електроосадження на функціональні властивості утворюваних гальванопокриттів сплавами перехідних металів.

При виконанні НДР:

  • запропоновано новий механізм електроосадження сплаву хром-карбон з електроліту на основі солі Cr(III), що містить у якості органічних компонентів CO(NH2)2 і HCOOH, згідно з яким включення Карбону до складу осаду відбувається за механізмом хімічної окисно-відновної взаємодії активних ад-атомів хрому з адсорбованими органічними молекулами;

  • уперше встановлена можливість одержання високоякісних нанокристалічних покриттів сплавом хром-карбон товщиною кілька сотень мікрометрів із електролітів на основі солей Cr(III);

  • уперше показано, що при використанні метансульфонатних електролітів залізнення вміст дисперсної фази (нанодисперсних частинок ZrO2, стабілізованого 3% Y2O3) у композиційному покритті приблизно в два рази вищий, ніж для випадку використання сульфатних електролітів, що пояснюється гальмуванням реакції електровиділення водню у метансульфонатних розчинах;

  • уперше встановлено, що кінетичні закономірності електроосадження композиційного покриття Fe/ZrO2 з метансульфонатного електроліту адекватно описуються моделлю Гуглієльмі. Виявлено, що процес інкорпорації частинок ZrO2 контролюється швидкістю переходу слабко адсорбованих частинок у міцно адсорбований стан;

  • уперше встановлені кінетичні характеристики електроосадження сплавів Ni-Fe та Ni-Co із метансульфонатного електроліту і запропоновано новий механізм електроосадження сплаву Ni-Fe, згідно з яким електровідновлення іонів нікелю(ІІ) та феруму(ІІ) відбувається на активних центрах електроду, у ролі яких виступають адсорбовані частинки NiОН;

  • уперше доведено, що агрегативна стійкість частинок ZrO2 у метансульфонатному електроліті вища у порівнянні з сульфатним електролітом. Показано, що при електрохімічному синтезі композиційних осадів Ni/ZrO2 з метансульфонатних електролітів інкорпорація діоксиду цирконію в нікелеву матрицю зумовлена дифузією частинок до поверхні електроду та їх подальшою адсорбцією на нікелі, а міграційна складова транспортування частинок до катоду відсутня.

Сплави та композити на основі перехідних металів, закономірності отримання яких були встановлені у результаті виконання НДР, можуть бути використані для отримання надтвердих та зносостійких покриттів з високою корозійною стійкістю та захисною здатністю для обробки металевих поверхонь різноманітних виробів, приладів, конструкцій на підприємствах аерокосмічної, машинобудівної, хімічної галузей, військово-промислового комплексу України та інших високорозвинутих країн Європи, Азії, Північної Америки.

  • «Закономірності утворення нітроген- та сульфурвмісних гетероциклів. Нові перегрупування в умовах реакції Вільсмайєра» (номер держреєстрації 0112U002060).
    Керівник: Марков Віктор Іванович, д-р хім. н., проф. каф. технології органічних речовин та фармацевтичних препаратів.

Мета – встановлення закономірностей нового перегрупування в умовах реакції Вільсмаєра стосовно 2,2-дизаміщених дигідропіримідонів; розробка нових методів синтезу функціоналізованих нітрогеновмісних гетероциклічних сполук шляхом перетвореня N-,S-a-амідоалкілюючих та споріднених реагентів, які перспективні для пошуків біорегуляторів різної дії; розробка наукових основ створення нових каталiзаторiв для синтезу нижчих аліфатичних та α, β-ненасичених нітрилів.

У ході виконання роботи отримані невідомі похідні оксиген- і сульфурвмісних азотистих гетероциклічних сполук, на основі N,S-α-амідоалкілюючих та споріднених реагентів, вивчені їх хімічні властивості та спрогнозована їх біологічна активність. 

Було відкрито нове перегрупування похідних 2-спіропіримідин-4-онів під дією реагенту Вільсмайєра. Встановлені закономірності і визначені структурні фактори нового відкритого нетривіального перегрупування в ряду 2-спіропохідних тетрагідрохіназолонів в умовах реакції Вільмаєйра. Основна фундаментальна задача, яка була вирішена у роботі – експериментально досліджено структурні особливості вихідних 2,2-діалкілзаміщених дигідропіримідин-4-онів, для яких характерний аномальний перебіг реакції Вільсмаєра та сформульовано загальне правило, яке передбачає можливість та напрямок перегрупування з утворенням ціанзаміщених похідних акридину.  

Дослідження меж застосування, механізму та умов проведення невідомої раніше реакції 1,8-приєднання до аренальазинів хінонів дозволило за одну-дві стадії синтезувати нові похідні 1,2,4-триазолів та інших гетероциклічних систем, які є біологічно активними сполуками, а наявність в отриманих таким шляхом гетероциклічних сполуках активних груп (-ОН, -NH2 та інших) відкриває можливості для використання їх в якості білдінг блоків для синтезу нових фармацевтичних препаратів.

Встановлено основні закономірності реакції вінільного нуклеофільного заміщення та взаємозв’язок між будовою та біологічною активністю сполук в якості імуномодуляторів розвитку організмів.

Були встановлені кореляції між фізико-хімічними параметрами мідьвмісних каталізаторів та їх каталітичною ефективністю, що стане підгрунтям для подальшої розробки промислових процесів отримання нижчих диалкіламінів, заміщених 2-етиламінів та ацетонітрилів, які мають важливе прикладне значення.

Отримані результати не мають аналогів серед вітчизняних виробників, розроблені та вдосконалені методики тонкого органічного синтезу дозволяють отримувати складні органічні речовини більш ефективно з порівняно невисокою собівартістю і не впливають на навколишнє середовище. Результати НДР є актуальними для агрохімічної промисловості та виробництва основних фармацевтичних продуктів. 

У 2014 році закінчились 3 прикладні науково-дослідні роботи:

  • «Розробка високоенергоємних гнучких літій-іонних акумуляторів – накопичувачів електроенергії в гібридній енергосистемі з сонячними елементами» (номер держреєстрації 0113U000018).
    Керівник: Шембель Олена Мойсеївна, д-р хім. н., проф., зав. НДЛ хімічних джерел струму (ХДС).

Мета – створення гнучких високоенергоємних літій-іонних акумуляторів, що здатні забезпечити довготривалу автономну роботу різних електричних пристроїв в широкому діапазоні струмових навантажень і температур.

При виконанні НДР було показано вплив поверхневої модифікації порошку LiMn2O4 шпінелі оксидами TiO2, SiO2, ZrO2, Al2O3 на стабільність її електрохімічних характеристик в ході заряд-розрядного циклування. Встановлено, що питома оборотна ємність LiMn2O4 шпінелі та ступінь її зниження при довготривалому циклуванні залежать від температури обробки та природи модифікуючої добавки. 

Розроблені наукові основи модифікації порошків графіту з метою підвищення ефективності циклування аноду на основі графіту в літій-іонних тонкошарових гнучких акумуляторах. Встановлено вплив природи окислювача, який використовується для модифікації вихідного вуглецевого матеріалу, на його фізико-хімічні властивості. 

Отримані результати мають прикладну цінність для практичного використання модифікованої LiMn2O4 шпінелі як активного матеріалу позитивного електроду, модифікованого графіту як активного матеріалу негативного електроду та стабілізуючої добавки в неводний електроліт при виготовленні комерційних літій-іонних акумуляторів (ЛІА). Джерела струму з катодом на основі модифікованих матеріалів здатні забезпечити довготривалу автономну роботу різних електричних пристроїв в широкому діапазоні струмових навантажень, характеризується малою токсичністю, екологічною безпечністю, термічною стабільністю, низькою вартістю. Використання такого літій-іонного джерела струму суттєво зменшує негативний вплив на зовнішнє середовище при утилізації відпрацьованих джерел струму на відміну від комерційних ЛІА з позитивним електродом на основі LiCoO2.

Були розроблені технології виготовлення негативного електроду та експериментальних зразків гнучких літій-іонних акумуляторів.

Розроблені технології дозволяють отримати електроди з більш високою щільністю електродного шару, що дає можливість виготовити більш компактні електроди з більшою питомою енергією на одиницю об’єму. Використання таких електродів сприяє створенню гнучких літій-іонних акумуляторів з високими питомими вагомими та об’ємними енергетичними характеристиками, зниженню собівартості продукції за рахунок використання дешевого промислового синтетичного графіту, дешевих реагентів та літій-марганцевої шпінелі вітчизняного виробництва.

Запропонована технологія виготовлення експериментальних зразків гнучких літій-іонних акумуляторів, на відміну від традиційної технології, проста та дозволяє протягом виробництва легко контролювати надійність і якість складання електродної структури та конструкції в цілому. Крім того, технологія може бути адаптована для виготовлення акумуляторів в широкому діапазоні габаритів без заміни базового технологічного обладнання. 

Отримані експериментальні результати доводять, що розроблені гнучкі тонкошарові ЛІА можуть успішно використовуватися як накопичувачі енергії в гібридній системи сонячний елемент - вторинне хімічне джерело струму.

В Інституті фізики напівпровідників НАН України проведені випробування в умовах, близьких до промислових гібридної системи, яка включала експериментальний зразок літій-іонного джерела струму, виготовлений за технологією, розробленою авторами НДР, і сонячний модуль. Виготовлена партія експериментальних зразків літій-іонних джерел струму випробовувалась в широкому діапазоні робочих параметрів. 

  • «Наноструктурні поліелектролітні комплекси – нові ефективні деемульгатори, інгібітори солевідкладення і корозії металів та стабілізатори емульсійного біопалива» (номер держреєстрації 0113U000016).
    Керівник: Образцов Володимир Борисович, д-р хім. н., проф. каф. хімічної технології палива.

Мета – створення нових ефективних емульгаторів і деемульгаторів, інгібіторів солевідкладення і корозії на основі встановлених закономірностей міжфазних процесів за участю іоногенних поліелектролітних комплексів.

При виконанні НДР були визначені загальні закономірності адсорбції поліелектролітних комплексів (ПЕК) та механізм її впливу на кінетику електродних процесів. Встановлено, що ефект синергізму при адсорбції ПЕК обумовлений перш за все зміною взаємодії з розчинником. 

Були встановлені закономірності синтезу і адсорбції сформованих ПЕК на різних міжфазних поверхнях і визначені залежності цих явищ від фізико-хімічних властивостей компонентів; виявлені особливості впливу поліелектролітних комплексів на процеси солевідкладення і корозії металів в нейтральному і слабокислому середовищах. З урахуванням цих закономірностей і з використанням принципу іn situ -формування ПЕК створені експериментальні зразки нових ефективних інгібіторів солевідкладення і корозії металів, проведені лабораторні іспити і дослідження їх технологічних характеристик:

  • зразок №1 інгібітору корозії та солевідкладення – за ефективністю інгібування корозії в 4 рази краще ніж промисловий інгібітор гідроксиетилідендифосфонова кислота (ОЕДФ), а за ефективністю інгібування солевідкладень в 1,5 рази краще промислового;

  • зразок №2 інгібітора солевідкладення і корозії – за ефективністю інгібування солевідкладень майже в 2,5 рази ефективніше ніж інгібітор ОЕДФ. За ефективністю інгібування корозії – в 2 рази вище промислового.

Розроблені експериментальні зразки інгібіторів володіють також біоцидними властивостями.

На основі комплексу нових експериментальних даних встановлено загальні закономірності впливу поліелектролітних комплексів на процес руйнування оборотних нафтових емульсій і запропоновано експериментальний зразок нового ефективного деемульгатора. Експериментальний зразок деемульгатора оборотних нафтових емульсій та промисловий деемульгатор Геркулес 1017 (аналог) при однакових витратних нормах показують близькі результати, але інтенсивність розшарування трохи краще для експериментального зразка. Вартість експериментального зразка деемульгатора на 15% нижча за вартість промислових деемульгаторів Геркулес 1017 та ПМ 1441. 

  • «Фізико-хімічні основи і технологія наноструктурних оксидних каталізаторів окиснювальної дегідрогенізації органічних речовин» (номер держреєстрації 0113U000017).
    Керівник: Ніколенко Микола Васильович, д-р хім. н., проф., зав. каф. загальної хімічної технології.

Мета – розробка фізико-хімічних основ, технологічних параметрів та технології наноструктурних оксидних каталізаторів окиснювальної дегідрогенізації аліфатичних вуглеводнів та їх похідних.

При виконанні НДР: 

  • визначені склади гетерополікомплексів ферум(II) молібдату в залежності від рН маточних розчинів і вихідного мольного співвідношення феруму і молібдену;

  • визначено фізико-хімічні процеси, які перебігають в досліджуваній системі при введенні промотуючої добавки у вигляді розчину, що містить іони титану(IV); 

  • розроблено оригінальну хімічну модель перетворень, що відбуваються при синтезі залізо-молібденового каталізатора промотованого іонами титану, яка дозволяє передбачати склад отримуваних продуктів; 

  • доведено, що прожарювання осадів, отриманих змішуванням солей феруму(II) і молібдену(VI), навіть в інертній атмосфері супроводжується частковим окисненням двовалентного феруму шестивалентним молібденом з утворенням фаз ферум молібдату, гідратованого молібден триоксиду і молібденової сині; 

  • розроблено математичну модель процесу термічної обробки контактної маси; 

  • встановлено, що формування залізо-молібденового каталізатора з мінімальним вмістом домішок можливе при проведенні процесу осадження “зворотним” способом із визначеними оптимальними значеннями концентрації прекурсорів та кислотності реакційного середовища. Із використанням даних математичної моделі визначені оптимальні параметри термічної обробки вихідної маси каталізатора.

Комплекс отриманих в роботі нових теоретичних і експериментальних даних є значним внеском у розвиток теорії та практики синтезу складних оксидних каталізаторів. Розроблена методика синтезу нових каталізаторів із застосуванням технологічної схеми дозволить одержувати каталізатори визначеного складу та прогнозованими властивостями. 

Отримані дані можуть бути використані для керованого синтезу залізо-молібденових нанокаталізаторів із підвищеною селективністю та подовженим терміном служби при конверсії метанолу в формальдегід. Одержуваний високоякісний та концентрований формальдегід з низьким вмістом метанолу необхідний у виробництві феноло-, карбамідо- та меламіноформальдегідних полімерів, ізопрену, багатоатомних спиртів, барвників, вибухових речовин та фармацевтичних препаратів.


2013 рік


У 2013 році закінчились 5 фундаментальних науково-дослідних робіт:

«Закономірності структуроутворення металів при електрокристалізації в полі відцентрової сили» (номер державної реєстрації 0111U000110).
Керівник: Гірін Олег Борисович, д-р техн. н., проф., зав. каф. матеріалознавства.

Мета – установлення закономірностей формування структури металів при електрокристалізації в полі відцентрової сили.

При виконанні НДР розроблено та виготовлено установку і електрохімічні комірки для одержання електроосаджуваних металів у полі відцентрової сили в інтервалі значень від 1g до 1256g. Проведено комплекс структурних досліджень металів із використанням методів растрової електронної мікроскопії, просвічуючої електронної мікроскопії, рентгеноструктурного аналізу, рентгенотекстурного аналізу, мікроструктурного аналізу та гідростатичного зважування.

Отримані нові знання дозволили остаточно установити невідоме раніше явище фазоутворення металів при електрокристалізації через стадію рідкого стану. За наукове відкриття явища фазоутворення електроосаджуваних металів через стадію рідкого стану, яке зроблене із використанням матеріалів даної НДР, одержана Міжнародна премія імені Ейнштейна “За наукове досягнення” (Великобританія, 2011 р.).

Практична цінність отриманих результатів полягає у тому, що на основі їх використання можна створювати принципово нові типи електрохімічних плівкових матеріалів та покриттів, які мають унікальні властивості (високі показники електричних, магнітних, захисних властивостей тощо). Крім того, отримані результати визначають нові напрямки одержання електропокриттів з поліпшеними хіміко-механічними властивостями і надають можливість одержувати електропокриття якнайменшої товщини при збереженні їх властивостей. З метою практичного використання установлених закономірностей розроблено спосіб управління процесами та конструкції відцентрових пристроїв на рівні винаходів.

Галузі використання результатів НДР: оброблення металів та нанесення покриття на метали; механічне оброблення металевих виробів; установлення та монтаж машин і устаткування; оброблення та видалення відходів. 

«Фiзико-хiмiчнi основи створення наноматерiалiв з фазовим переходом напiвпровiдник-метал для фотонних кристалiв» (номер державної реєстрації 0111U000113).

Керівник: Черненко Іван Михайлович, д-р фіз.-мат. н., проф. каф. комп’ютерно-інтегрованих технологій і метрології.

Мета – розробка наукових фізико-хімічних основ створення наноматеріалів, які мають в різних температурних інтервалах фазовий перехід зі зміною електричних, діелектричних. магнітних, механічних і оптичних властивостей; застосування термодинамічних принципів для прогнозування створення різноманітних нанорозмірних середовищ, які можуть бути використані для практичних цілей.

При виконанні НДР було встановлено, що властивості гіпотетичних нанокристалічних систем, доцільно проводити методом квантово-хімічних розрахунків із застосуванням програмного пакету MATERIALS STUDIO. Цей метод реалізовано у програмно - обчислювальному комплексі "Селектор". 

Вперше розраховані структури, що відсутні в існуючих термодинамічних базах даних. Це дало можливість встановити основні компоненти розчину (V(C2O4)+, V(C2O4)2–).

Була розроблена комп’ютерна програма „Імітаційне моделювання седиментації колоїдних частинок”, завдяки якій вперше встановлені параметри процесу самоорганізації кристалічних наноматеріалів. Програма дає можливість швидко прогнозувати властивості самоупорядкованих структур без застосування загальноприйнятих у світі експериментальних досліджень.

Вперше проведено моделювання розповсюдження електромагнітних хвиль у фотонних кристалах. Встановлено граничне значення дефектності фотонного кристалу.

На основі золь-гель методу показана можливість синтезу, який не має світових аналогів, високодисперсного тетраванадиту амонію, що не містить п’ятивалентного ванадію.

Отримані закономірності створення матеріалів на базі системи Sі-V-О можуть бути використані для отримання фотонних кристалів зі структурою опала з прогнозованими властивостями, для яких притаманний у різних температурних інтервалах фазовий перехід першого роду, що буде призводити до зміни електричних, діелектричних, магнітних, механічних і оптичних властивостей середовищ. Такі наносистеми дозволять створювати високоефективні елементи і пристрої для електронної техніки,  фотоелектроніки та систем автоматики і контролю (електронні фільтри, перемикачі електричної напруги, пристрої оптоелектроніки, модулятори, поляризатори та інше). Встановленні закономірності самоупорядкування дисперсних систем можуть стати корисними для підвищення оптичних характеристик фотонних кристалів, необхідних для народного господарства.

«Кластерні сполуки та наноструктурні системи на основі перехідних елементів IV–VII груп для нових біоактивних та функціональних матеріалів» (номер державної реєстрації 0111U000111).

Керівник: Штеменко Олександр Васильович, д-р хім. н., проф., зав. каф. неорганічної хімії.

Мета – визначення умов одержання нових кластерних сполук та наноструктурних системи на основі перехідних елементів IV–VII груп, визначення їх властивостей та сфери можливого застосування, в тому числі у якості нових біоактивних та функціональних матеріалів.

При виконанні НДР вперше досліджена взаємодія комплексних сполук Ренію з структурними складовими молекули ДНК та безпосередньо з ДНК. Доведено, що комплексні сполуки ренію(ІІІ) взаємодіють з ДНК за рахунок ковалентних поперечних зшивок з ДНК, що є причиною наявності протипухлинної активності диренієвих сполук. Розроблена методика одержання ліпосомних форм на основі біядерних кластерних сполук ренію(ІІІ) дозволяє здійснити доставку препарату безпосередньо до осередку хвороби, що посилює ефективність терапевтичної дії. Методика за своїми результатами перевищує світові аналоги та може застосовуватися на фармацевтичних підприємствах України та світу.
Розроблено два способи одержання композиційних матеріалів на основі металічного ренію за умов термічного розкладу комплексних сполук ренію. 

На основі цих способів був розроблений каталізатор на основі металічного ренію, який забезпечує відновлення нітроген(ІІ) оксиду та окиснення карбон(ІІ) оксиду за їх спільної присутності. Це дозволяє використовувати розроблений каталізатор для допалу вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння та очищення викидів промислових підприємств, що сприяє збереженню довкілля. В якості каталізатору конверсії відпрацьованих газів дана розробка може знайти застосування в таких галузях народного господарства Дніпропетровщини: автомобільний транспорт та с/г техніка; підприємства паливно-енергетичного комплексу, підприємства хімічної промисловості; підприємства чорної та кольорової металургії, зокрема Дніпропетровський металургійний завод ім. Петровського, Дніпровський металургійний комбінат ім. Дзержинського (Дніпродзержинськ), Придніпровський хімічний завод та інших підприємствах України та світу.

Вперше одержані нанодисперсні порошки стабілізованого діоксиду цирконію. Показано, що кераміка, виготовлена з отриманих порошків, має високі технологічні і функціональні показники на рівні кращих закордонних аналогів, що робить їх перспективним матеріалом для застосування в якості електроліту в твердооксидних паливних комірках. Розмір зерна кераміки знаходиться в інтервалі 0,3-1,0 мкм, механізм її руйнування протікає за відкольним транскристалітним механізмом, а іонна провідність складає 10–5–103 См–1 в діапазоні температур 600–1000°С.

«Фізико-хімічні основи модифікування композиційних матеріалів нанодисперсними сполуками Ti, Al, Ca хімічним осадженням з розчинів» (номер держреєстрації 0111U000114).

Керівник: Набивач Валентин Михайлович, д-р хім. н., проф. каф. технології неорганічних речовин та екології.

Мета – розробка фізико-хімічних основ модифікування композиційних матеріалів нанодисперсними сполуками, на прикладі сполук Ti, Al, Ca,  хімічним осадженням їх з розчинів, для одержання матеріалів з новими покращеними властивостями і розширенням сфер їх застосування.

При виконанні НДР були проведені дослідження щодо впливу способів отримання модифікованого карбонату кальцію на фазовий та дисперсний склад отриманих порошків.

Отриманий високодисперсний модифікований порошок карбонату кальцію із середнім діаметром часток 4,4 мкм з вузьким діапазоном розподілу часток за розмірами (3–6,5 мкм). Продукт використано у якості наповнювача еластомерних матеріалів (гуми) в умовах Білоцерківського заводу гумових технічних виробів, а також поліетилену високого та низького тиску в умовах ТОВ «Всеукраїнський виробничий альянс» та ТОВ «Онікс». Показано, що використання модифікованого карбамідоформальдегідними полімерами карбоната кальція:

  • збільшує швидкість вулканізації в 2-3 рази та зменшує в 2-3 рази час досягнення оптимуму вулканізації у порівнянні з немодифікованою крейдою;
  • покращує технологічні показники наповнених матеріалів у порівнянні з використанням немодифікованої крейди;
  • дає можливість збільшити в поліетиленових виробах (тара і плівка) вміст наповнювача до 20 % без погіршення споживчих характеристик виробів, що призводить до здешевлення кінцевого продукту. 

Модифікований карбонат кальцію відповідає вимогам ГОСТ 8253-79, а по ряду показників (дисперсність, білизна, середній діаметр часток) перевищує вимоги цього стандарту та показники вітчизняних та іноземних виробників.

Визначено вплив нанодисперсних сполук алюмінію та кальцію на умови формування та властивості різних видів керамічних матеріалів. Встановлена висока ефективність невеликої кількості (0,3–0,5 % мас.) добавок нанодисперсних сполук алюмінію та кальцію, синтезованих за золь-гель методом. Позитивний результат був отриманий при введенні синтезованих нанодисперсних сполук алюмінію та кальцію як активаторів спікання в склади фарфорових мас для виготовлення керамічних виробів електротехнічного призначення. Введення вказаних добавок дозволило отримати не тільки необхідні фізико-керамічні характеристики фарфорового черепка при температурах 1220–1240оС, але також скоротити загальний термін теплової обробки на 7–8 %. Експериментально встановлено, що добавки нанодисперсних сполук Al та Са до складів ангобних покриттів підвищують адгезійні властивості їх шлікерів, покращують кольорові характеристики та зносостійкість поверхневого шару після випалу.

«Фізико-хімічні основи спільного процесу одержання теплової енергії і аморфного діоксиду кремнію із відходів рисового виробництва» (номер держреєстрації 0111U000112).

Керівник: Сорока Петро Гнатович, д-р техн. н., проф., Лауреат держ. премії України в галузі науки і техніки, зав. каф. процесів та апаратів хімічної технології.

Мета – дослідити спільний процес одержання аморфного діоксиду кремнію і альтернативної теплової енергії за рахунок спалювання відходів рисового виробництва в динамічних умовах та встановити фізико-хімічні основи цього процесу.
При виконанні НДР встановлено основні технологічні характеристики процесів термохімічної обробки рослинної кремнійвмісної сировини з одночасним одержанням цінних матеріалів та теплової енергії. Розроблено фізичну та математичну модель, яка враховує хімізм, тепло- і масообмін процесу в динамічних умовах. На математичній моделі досліджено кінетичні характеристики процесу та його енергоефективність. 

Розроблено фізико-хімічні основи спільного процесу одержання аморфного діоксиду кремнію, кремнійвуглецевих композицій і теплової енергії із відходів рисового виробництва. Отримані матеріали на основі аморфного діоксиду кремнію при використані в складі гумотехнічних виробів підвищили експлуатаційні характеристики виробів в порівнянні з традиційними матеріалами.

Розроблена методика визначення основних технологічних параметрів термохімічних процесів та розрахунків енерготехнологічного обладнання, яка носить універсальний характер. Запропоновано устрій енерготехнологічного агрегату, який може стати основою для створення пристроїв для одержання теплової енергії при спалюванні матеріалів рослинного походження, а також для організації спільного процесу одержання аморфного діоксиду кремнію або кремній вуглецевих композицій та теплової енергії з подрібненої кремнійвмісної рослинної сировини в динамічних умовах. 

При переробці відходів рисового виробництва, об’єм яких в Україні складає близько 30 тис. тон на рік можна отримати близько 6 тис. тон аморфного діоксиду кремнію та кремнійвуглецевих композицій. Потреба шинних заводів в подібних інгредієнтах для використання в складі гумових рецептур близько 3 тис. тон. Решта одержаних матеріалів на основі аморфного діоксиду кремнію може бути застосована в якості адсорбентів для очищення стічних вод від нафтопродуктів на нафтопереробних заводах та комунальних підприємствах, або продана на зовнішньому ринку. При спалюванні за розробленою технологією 1 тони рисового лушпиння можна утилізувати близько 16 тис. МДж теплової енергії. При технологічному спалюванні відходів, які накопичуються за рік можна  заощадити біля 13,5 млн. м3 природного газу. Подібні установки і процес переробки рослинних відходів доцільно реалізувати безпосередньо на рисопереробних підприємствах з використанням теплової енергії для внутрішніх потреб.

Розроблений млин ударно-відбивної дії для подрібнення матеріалів рослинного походження не має на сьогодні аналогів у світі. Млин дає можливість одержувати вузькі регульовані фракції дисперсних часток в діапазоні від 40 до 200 мкм. Може бути застосований для одержання дисперсних часток наповнювачів в складі полімерних матеріалів, бетонів, асфальтобетонів.

У 2013 році закінчились 2 прикладні науково-дослідні роботи: 

«Наукові основи розробки нових стекол та емалевих покриттів різного функціонального призначення» (номер держреєстрації 0112U002059).

Керівник: Голеус Віктор Іванович, д-р техн. н., проф., зав. каф. хімічної технології кераміки та скла.

Мета – розробити математичні моделі, які описують найбільш загальну залежність технологічних та експлуатаційних властивостей силікатних, боросилікатних та борофосфатних стекол від їх оксидного складу; виконати експериментальні дослідження спрямовані на встановлення адекватності розроблених математичних моделей.

При виконанні НДР:

  • виконані експерименти, які дозволили встановити найбільш загальні тенденції зміни водостійкості захисних покриттів залежно від оксидного складу емалевих стекол. Встановлені закономірності мають прикладне значення і можуть бути використані при розробці нових складів емалей різного функціонального призначення, зокрема, покриттів для захисту від корозії сталевих баків водонагрівачів технічного і побутового призначення;
  • розроблені уточнені нелінійні математичні моделі для розрахунку в’язкості та поверхневого натягу стекол залежно від їх хімічного складу та температури;
  • на основі базового складу силікатної емалі для алюмінію виконано дослідження впливу добавок оксидів міді, цирконію та вісмуту на фізико-хімічні властивості, а також досліджено хімічний склад та структуру контактного шару алюміній-емаль для отриманих склопокриттів;
  • встановлено, що підвищена провідність скла системі Lі2O–LіF–P2O5 при низьких температурах його варіння пояснюється, швидше за все, високою часткою протонної складової провідності і це унеможливлює застосування таких стекол в якості твердих електролітів літієвих хімічних джерел струму;
  • обрана базова система Na2O–CaO–TiO2–SiO2, яка забезпечує можливість отримання незакристалізованих стекол, яка може бути основою для безфтористих безборних ґрунтових емалей; проведені дослідження впливу складових оксидів вказаної системи на властивості як стекол, так і склопокриттів.

З застосуванням розроблених моделей розраховані та синтезовані склади нових склоемалей з підвищеними експлуатаційними показниками.

Розроблені склади титанових емалевих покрить для водонагрівальних приладів відрізняються від інших вітчизняних та зарубіжних аналогів меншим вмістом високовартісних та шкідливих речовин (борного ангідриду, фторид-аніону та лужних оксидів). При цьому отримані матеріали характеризуються кращими експлуатаційними показниками (водостійкість, оптичні властивості). Титанова склоемалева фрита, яка призначена для емалювання водонагрівальних баків передана на випробування до підприємства ТОВ ТПК «Прімекс» (м. Запоріжжя).

Розроблені склади яскравозабарвлених емалевих покриттів побутового призначення зовсім не містять борного ангідриду і фторид-аніону, тому є екологічно чистими. Склади безборних безфтористих покривних емалей пройшли успішне випробування в умовах ВАТ «Новомосковський посуд» (м. Новомосковськ) та рекомендовані для впровадження у виробництво.

«Розробка технологій на основі контактної нерівноважної низькотемпературної плазми в хімічній та природоохоронній галузі» (номер держреєстрації 0112U002064).

Керівник: Півоваров Олександр Андрійович, д-р техн. н., проф., зав. каф. технології неорганічних речовин та екології, зав. НДЛ плазмохімічних процесів.

Мета – розробка нових високоефективних плазмохімічних технологій, спрямованих на отримання дисперсних матеріалів неорганічного походження з різноманітних водних розчинів; плазмохімічно активованих водних середовищ з дезинфікуючими, стерилізуючими, консервуючими та ростостимулюючими властивостями для харчової і мікробіологічної галузей та санітарно-гігієнічного використання.
При виконанні НДР:

  • створена трьохдугова плазмохімічна установка, яка дозволяє ефективно очищувати та знезаражувати стічні води, які вміщують важкі метали та радіоактивні компоненти до санітарних норм без залучення традиційно багатостадійних методів, що сприятиме зниженню витрат на завершальному етапі технологічних ліній. Установка може бути використана у хімічній, гірничо-металургійній, харчовій та целюлозно-паперовій промисловості;
  • розроблено рекомендації, що дозволяють в результаті плазмохімічної активації води отримати розчини з поліпшеними фізико-хімічними властивостями, використання яких на різних стадіях технологічних процесів підприємств хімічної та природоохоронної галузей забезпечить інтенсифікацію процесів та підвищення їх ефективності, що, як наслідок, сприятиме зниженню собівартості продукції зазначених виробництв. Рекомендації можуть бути використані у хімічній, гірничо-металургійній та харчовій промисловості;
  • розроблено плазмохімічний спосіб підготовки золотовмісної мінеральної сировини до вилуговування, застосування якого дозволяє підвищити ступінь вилучення золота при зменшенні тривалості процесу та кількості реагентних складових системи вилуговування. Його впровадження сприятиме зниженню собівартості виробництва золота з упорних руд та концентратів;
  • розроблена технологія вилуговування дорогоцінних металів. Її застосування дозволяє підвищити ступінь вилучення золота при зменшенні тривалості процесу та кількості реагентних складових системи вилуговування, що сприятиме зниженню собівартості виробництва золота з упорних руд та концентратів. Технологія може бути використана у гірничо-металургійній промисловості; 
  • розроблена технологія отримання хлорвмісних розчинів та водню в результаті обробки розчинів хлориду натрію контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою. Її застосування дозволяє отримувати хлорвмісні розчини і водень за малостадійною технологією, що дозволяє зменшити тривалість процесу. Це сприятиме зниженню собівартості виробництва продукції. Технологія може бути використана в деревопереробній та целюлозно-паперовій промисловості.