Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

Физико-химические основы рационального природопользования и охраны окружающей среды

22.05.2019 г.

В рамках направления "Физико-химические основы рационального природопользования и охраны окружающей среды на базе принципов «зеленой химии» и высокоэффективных каталитических систем, создание новых ресурсо- и энергосберегающих металлургических и химикотехнологических процессов, включая углубленную переработку углеводородного и минерального сырья различных классов и техногенных отходов, а также новые технологии переработки облученного ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами" программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013 - 2020 годы ФИЦ "Красноярский научный центр СО РАН" реализует следующие бюджетные проекты:

Проект

Фундаментальные основы процессов глубокой переработки альтернативного органического сырья (биомасса,
торф, ископаемые угли) с получением биологически активных соединений и сорбентов для медицины и ветеринарии, гуминовых веществ и органоминеральных удобрений для сельского хозяйства.

Ключевые слова

лигноцеллюлозная биомасса, термообработка, термоактивация, выход продуктов, сорбенты, энтеросорбенты, органоминеральные удобрения, биодеградируемые полимеры, получение, свойства.

Цель исследования

Установление закономерностей, связывающих изменение химического состава и структурной организации природного твердого органического сырья при его активирующих обработках с выходом, составом и свойствами продуктов его последующих термохимических и каталитических превращений, разработка на этой основе более эффективных, чем известные, процессов получения продуктов, востребованных в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, таких как биологически активные соединения, сорбционные материалы (аэрогели, энтеросорбенты, нанопористые углеродные сорбенты, нефтесобиратели), гуминовые вещества, органоминеральные удобрений пролонгированного действия, биодеградируемые полимеры и сополимеры на основе фурановых соединений, углеводов, а также на основе продуктов переработки лигнина и углеводов древесины различных пород деревьев. Изучение физико-химических характеристик полученных продуктов и материалов. Наработка опытных партий продуктов для изучения их потребительских свойств для оценки возможных направлений применения в медицине и ветеринарии биологически активных веществ, энтеросорбентов и углеродных сорбентов, оценки эффективности действия органоминеральных, полученных при переработке различных видов твердого органического сырья.

Актуальность

В Сибирском регионе сосредоточены большие запасы возобновляемого растительного сырья в виде древесины и отходов деревоперерабатывающей промышленности, торфа, бурых углей. Рациональное использование этих ресурсов сдерживается отсутствием эффективных технологий их переработки в востребованные продукты. Традиционные методы химической и термо-химической переработки твердого органического сырья в известной степени исчерпали себя, в силу недостаточной эффективности и негативного воздействия на окружающую среду.
В процессе переработки древесины накапливаются многотоннажные отходы, в которых на долю коры приходится до 10 %. Основная практика утилизации отходов коры - вывоз в отвалы или сжигание, что создает негативную нагрузку на окружающую среду. При этом кора различных пород деревьев является практически неисчерпаемым источником сырья для получения востребованных химических веществ, сорбентов и других материалов.
Кора содержит разнообразные органические вещества, в том числе и легкоразлагаемые, и минеральные соединения, важные для питания растений. Поэтому наиболее рационально использовать отходы коры для производства органических и органоминеральных удобрений. Такое направление приобретает особую перспективность в связи с тем, что интенсивное земледелие приводит к быстрому снижению плодородия почв. Несмотря на накопленный опыт, получение органических и органоминеральных удобрений на основе древесной коры остается актуальной задачей.
Применение функциональных материалов на основе пористого углерода в технологических процессах, охране окружающей среды и в других областях постоянно расширяется. Поскольку масштабы использования пористых углеродных материалов ограничиваются их достаточно высокой стоимостью, весьма актуальны исследования, направленные на разработку новых методов их синтеза из доступного и недорогого природного сырья, например, растительной биомассы.
Проблема получения новых биодеградируемых полимеров на основе продуктов переработки лигнина и углеводов древесины актуальна по нескольким причинам. С одной стороны, производство таких полимеров обеспечит постепенное замещение нефтяной сырьевой базы полимерной промышленности на возобновляемое растительное сырье. С другой стороны, создание новых биодеградируемых полимеров позволит решить критически важные экологические проблемы современной цивилизации, связанные с загрязнением окружающей среды полимерными продуктами. Основные задачи, решение которых планируется получить в рамках представляемого проекта, заключаются в применении фенолоальдегидов, левулиновой кислоты и ангеликалактона для синтеза новых биодеградируемых полимеров и сополимеров. Работы в этом направлении, например, синтезы и исследование новых полимеров из сиреневого альдегида и сирингарезинола, активно ведутся в настоящее время.
Дополнительные возможности для интенсификации процессов переработки возобновляемого сырья достигаются при использовании активирующих обработок, повышающих реакционную способность твердого сырья.

Руководитель проекта

 Чесноков.jpg  Чесноков Николай Васильевич
доктор химических наук, доцент,
заведующий лабораторией
директорИнститут химии и химической технологии СО РАН

 +7 391 2051950
 chem@icct.ru


Проект 

Комплексная переработка возобновляемого органического сырья, включая древесные отходы, с получением химических веществ, биотоплив и функциональных материалов, востребованных для космических приложений, а также в медицине, пищевой и химической промышленности, сельском хозяйстве, энергетике и
охране окружающей среды.

Ключевые слова

древесина, комплексная переработка, катализаторы, химические продукты, биотоплива, функциональные материалы, состав, строение, свойства.

Цель исследования

Создание физико-химических основ «зеленых» ресурсо- и энергосберегающих процессов глубокой переработки возобновляемого природного биоресурса – лигноцеллюлозной биомассы в биологически активные, пищевые и другие ценные химические продукты, функциональные биополимеры и нанобиокомпозиты, востребованные для космических приложений, в медицине, фармацевтической, пищевой, химической промышленности, сельском хозяйстве, энергетике и охране окружающей среды. Задачей проекта является создание новых методов переработки биомассы лиственной и хвойной древесины в широкий ассортимент востребованных продуктов: микрокристаллическая и нанокристаллическая целлюлоза, глюкоза, биологически активные полимеры и биокомпозиты, жидкие биотоплива, основанной на применении эффективных твердых катализаторов в ключевых процессах: каталитического фракционирования биомассы на целлюлозу и лигнин, гидролиза целлюлозы до глюкозы и конверсии лигнина в полифенолы и жидкие углеводороды. Наработка опытных образцов продуктов, изучение их физико-химических и потребительских свойств.

Актуальность

Высокая актуальность исследований, направленных на комплексную переработку возобновляемой растительной биомассы, определяется возрастающей необходимостью использования альтернативных нефти источников возобновляемого органического сырья для получения востребованных химических продуктови моторных топлив, а также необходимостью высокотехнологичной утилизации древесных и сельскохозяйственных отходов и снижения выбросов парникового газа СО2. Ежегодный прирост растительной биомассы намного перекрывает годовые потребности человечества в топливе и химических продуктах. В принципе, из компонентов растительной биомассы – полисахаридов, лигнина, экстрактивных веществ можно получать не только весь ассортимент продуктов современного нефтехимического синтеза, но и уникальные природные соединения, например различные биологически активные вещества. Лигноцеллюлозная биомасса состоит из следующих основных компонентов - целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. Указанные типы растительных полимеров сложным образом структурированы в растительных клетках и лигноцеллюлозная биомасса довольно устойчива к воздействию химических реагентов и ферментов. В связи с этим, в традиционных процессах целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности применяются химически агрессивные и экологически опасные реагенты, повышенные температуры и давления, что повышает себестоимость и снижает конкурентоспособность продуктов.
Сибирский регион обладает огромными ресурсами возобновляемого биосырья в виде древесины и растительных отходов. Рациональное использование этих ресурсов сдерживается отсутствием эффективных технологий их глубокой переработки в востребованные продукты. Перспективные направления исследований в создании нового поколения ресурсо- и энергосберегающих, экологически безопасных процессов получения из растительной биомассы ценных химических веществ, функциональных материалов и альтернативных топлив связаны с разработкой технологий, обеспечивающих комплексное использование биосырья.
Интеграция экстракционных, каталитических и термохимических процессов позволит получить широкий ассортимент ценных продуктов, включая биологически активные и пищевые вещества, функциональные биополимеры, углеродные материалы, компоненты моторных топлив.
Дополнительные возможности для интенсификации процессов переработки возобновляемого сырья могут быть достигнуты при использовании активирующих обработок, повышающих реакционную способность биосырья и облегчающих выделение из него ценных компонентов.

Руководитель проекта

 Кузнецов Борис Николаевич ИХХТ.jpg Кузнецов Борис Николаевич
доктор химических наук, профессор
заместитель директора по научной работе
Институт химии и химической технологии СО РАН

 +7 391 2494894
 bnk@icct.ru
 


Проект

Физико-химические исследования поверхности и межфазных процессов, развитие научных основ высокоэффективных и экологически безопасных технологий переработки природного и техногенного сырья цветных, редких и благородных металлов и получения высокотехнологичных материалов.

Ключевые слова

гетерофазные процессы; гидрометаллургические процессы; геохимические фазовые состояния, выщелачивание, экстракция, сорбция, осаждение, цветные, редкие и благородные металлы, угли.

Цель исследования

Углубленное изучение поверхностных явлений и гетерофазных химических превращений и разработка основ для создания высокоэффективных и экологически безопасных технологий переработки природного и техногенного сырья цветных, редких и благородных металлов и получения высокотехнологичных материалов.

Основные задачи  исследований

  • получить данные о количестве и химических формах Pt-, Pd- и S-содержащих продуктов, иммобилизованных из растворов на оксидах, графите, основные закономерности процессов; получить данные о составе субмикронных квазижидких интермедиатов, механизме образования наночастиц и нанокомпозитов, с их участием; рекомендации по контролируемому получению наноматериалов.
  • получить данные о составе и химическом состоянии модифицированной поверхности, свойствах минеральных дисперсий валлериита, как минерала, дающего высокий выход ультрадисперсных частиц и подавляющего флотируемость сульфидных минералов.
  • разработать экстракционные каскады на основе бинарных экстрагентов для разделения РЗМ и получения высокочистых металлов с использованием воды в качестве одной из разделяющих фаз и кондуктометрического контроля концентрационных профилей;
  • получить данные о стехиометрии и константах равновесия гетерогенных реакций хлорида скандия с экстрагентами и ТВЭКС-ами на основе смесей с трибутилфосфатом; новые процессы селективного извлечения скандия из растворов сложного состава;
  • изучить основные закономерности извлечения серебра и палладия из хлоридных и нитратных растворов новым высокоселективным экстрагентом - дисульфидом бис(2,4,4-триметилпентил)дитиофосфиновой кислоты;
  • изучить закономерности низкотемпературных превращений частично деполимеризованных и активированных углей ряда метаморфизма в жидкие нетопливные продукты; разработка способа получения экологически безопасных пекоподобных веществ, определение их свойств и направлений эффективного использования.
  • определить содержание в углях сибирских месторождений ценных металлов и разработать эффективные методы их извлечения с учетом возможности интегрирования в базовые технологии  переработки углей.
  • развить фундаментальные основы создания функциональных неорганических материалов, содержащие РЗМ, на базе масштабируемого совмещенного реакционно-ионообменного процесса;
  • установить закономерности формирования и физико-химические свойства поликомпонентных метастабильных оксидных систем; развитие их практических приложений в качестве сорбентов,  катализаторов;
  • разработать подходы обогащения и селективного извлечения благородных металлов в автоклавных, гидротермальных условиях объектов  аффинажного производства;
  • изучить закономерности формирования биметаллических композиционных материалов на основе цветных и благородных металлов в гидротермальных условиях
  • разработать теоретические и экспериментальные основы для создания высокоэффективных способов извлечения ценных компонентов из техногенных сульфидсодержащих отходов.

Актуальность

Успехи в создании эффективных и экологически безопасных технологий переработки минерального и вторичного металлургического сырья в значительной мере определяются знаниями явлений в поверхностных слоях на границах раздела фаз и гетерофазных процессов, в условиях, когда химические реакции протекают с участием компонентов различных фаз. Фундаментальные исследования в этой области с применением современных методов и подходов важны не только как физико-химические основы для совершенствования имеющихся и разработки принципиально новых технологий в обогащении и металлургии, но и могут найти применение в материаловедении и синтезе перспективных неорганических функциональных материалов.
Особенно актуальны такие знания  для создания научных основ переработки ультрадисперсного труднообогатимого минерального сырья, доля которого в общем объеме перерабатываемого сырья неуклонно растет.  Проблемы обогащения таких руд обусловливают зачастую необходимость прямого энерго-реагентно затратного вскрытия их, минуя обогащение, что усложняет дальнейшую переработку методами осаждения, сорбции и экстракции. В этой связи для создания конкурентоспособных производств по переработке поликомпонентных руд сложного состава, в мире проводятся интенсивные исследования, начиная с процессов обогащения и разработки новых подходов к разделению ультрадисперсных минеральных частиц, селективному вскрытию минералов ценных элементов и заканчивая разработкой эффективных методов их извлечения и очистки.

Руководитель проекта

Кузьмин.jpg  Кузьмин Владимир Иванович
доктор химических наук
заведующий лабораторией
Институт химии и химической технологии СО РАН



Поделиться:


Наверх
Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
РоссияКрасноярскКрасноярский край660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, 50
+7 (391) 290-79-88fic@ksc.krasn.ru55.99178392.765381