г. Москва, Ленинский проспект, 47
Телефон: +7 499 137-29-44
Факс: +7 499 135-53-28
29 июня 2020 г.

МИХАИЛ ЖАРКОВ: «Наши исследования по использованию сжиженных газов по праву можно назвать химией с гаечным ключом в руках»

Михаил Жарков – кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории тонкого органического синтеза (№11) ИОХ РАН. Исследования Михаила посвящены изучению различных химических превращений, протекающих в среде сжиженных и сверхкритических газов, с целью разработки современных, безопасных и экологичных процессов получения энергоемких соединений.

Основная проблема получения энергоемких соединений — это безопасность: такие процессы зачастую связаны с пожарами и взрывами. Использование сжиженных и сверхкритических газов в качестве сред для проведения этих реакций за счет их негорючести и способности сдерживать локальные перегревы позволяют существенно снизить риск возникновения чрезвычайных происшествий. Другим важным аспектом применения сжиженных и сверхкритических газов является экологичность. Традиционно нитросоединения получают с использованием серо-азотных смесей, что приводит к образованию большого количества отходов и загрязнению сточных вод:

— В наших исследованиях в качестве нитрующего агента мы используем пентаоксид азота N2O5, который является одним из самых эффективных, селективных и экологичных нитрующих агентов, а также он хорошо растворим в сжиженных газах. После реакций с его участием образуется азотная кислота, которая может быть повторно использована для получения N2O5. Предлагаемые нами подходы не намного дороже, чем серно-азотные технологии, используемые с середины прошлого века, однако они отличаются существенно более высокой эффективностью и безопасностью.

В своей последней работе Михаилом с коллегами впервые был использован сжиженный несимметричный тетрафторэтан в качестве среды для проведения реакций нитрования:

— Он оказался несколько лучше используемого нами ранее CO2 за счет его более высокой полярности, стойкости к восстановителям, нитрующим агентам, основаниям, а также возможности проведения процессов при относительно низком давлении 5-10 бар. Нас также привлекала перспектива проведения процессов в проточном режиме по причине их еще большей безопасности: ведь в каждой конкретной точке пространства в этом случае сосредоточено гораздо меньше потенциально взрывчатого вещества. Как результат, нами был разработан эффективный, безопасный и масштабируемый процесс нитрования спиртов, таких как 2-этилгексиловый спирт, этиленгликоль и глицерин, в среде сжиженного тетрафторэтана. Удельная производительность нашей установки превосходит известные периодические аналоги на порядок.

Где могут быть использованы полученные Вами результаты?

— У современных производств двойного назначения есть значительный спрос на современную технологию производства нитроглицерина — важнейшего промышленного продукта. Сегодня в нашей стране действует едва ли не единственная установка по его крупномасштабному получению. Ее перезапуск для планового обслуживания или в случае экстренной остановки — очень нежелательное и довольно сложное дело в связи с высокой опасностью возникновения нештатных ситуаций на этапе выхода установки «на режим». Разработанный же нами процесс представляет собой безопасную, экологичную и эффективную альтернативу существующей технологии.

Основной трудностью при разработке процесса проточного нитрования оказался сбор и очистка отработанного тетрафторэтана:

— Организация самого процесса нитрования довольно тривиальна, а сам реактор представляет из себя трубку заданной длины. Основная сложность заключалась в сборе отработанного фреона. К счастью, тетрафторэтан обладает довольно низким давлением насыщенного пара, поэтому после декомпрессии и отделения продуктов реакции нитрования оказалось достаточно лишь направить  фреон в баллон-приемник, охлажденный до 0-(-10)°C, в котором он сжижался при давлении 2-3 атмосферы, а затем его можно повторно использовать в том же процессе, пропустив через сорбционную трубку для дополнительной очистки от паров воды. Таким образом, на выходе всего нашего процесса мы непрерывно получаем готовые нитроэфиры, а фреон постоянно циркулирует в системе.

Кто помогал Вам в ходе этого исследования?

— Наши исследования с использованием сжиженных газов по праву можно назвать химией с гаечным ключом в руках. Для наших процессов необходимо большое количество всевозможного оборудования: насосы, компрессоры, регуляторы давления, реакторы и многое другое. Их нужно постоянно настраивать и обслуживать. Наибольшую помощь в последних исследованиях мне оказали мой старший коллега к.х.н. Кучуров Илья и студентка Арабаджи Светлана. Нельзя не отметить консультационную работу руководителя лаборатории №11 Злотина Сергея Григорьевича: он знаком с реальными производствами энергоемких соединений и знает, какие проблемы в этой области стоят наиболее остро.

Какие у Вас дальнейшие планы по развитию этой тематики?

— В будущем мы планируем расширить субстратный ряд нашего процесса проточного нитрования с использованием N2O5. Также мы активно работаем в направлении разработки метода непрерывного нитрования твердых субстратов, что серьезно расширит поле нашей деятельности.

Как Вы попали в ИОХ?

 — Во время обучения на старших курсах ВолгГТУ один из преподавателей подал мне идею продолжить обучение в аспирантуре ИОХ РАН и познакомил меня с Ильей Кучуровым — моим будущим научным руководителем. Во время ознакомительной поездки в ИОХ Илья показал мне, как жидкий CO2 переходит в сверхкритическое состояние, что меня просто заворожило и, можно сказать, определило мою дальнейшую судьбу.

 

M. N. Zharkov, S. S. Arabadzhi, I. V. Kuchurov, S. G. Zlotin Continuous nitration of alcohols in a Freon flow React. Chem. Eng., 2019, 4(7), 1303-1308, DOI: 10.1039/C9RE00035F

 

Справка ИОХ РАН:

Жарков Михаил Николаевич

Дата рождения: 7.10.1990

Должность, ученая степень: научный сотрудник, к.х.н.

Начало работы в ИОХ РАН: 2013 г.

Научные интересы: нитрование, сжиженные и сверхкритические газы, высокоэнергетические соединения

Важные события:

Химия – это не только наука, но и искусство, и ремесло. Почему так важна преемственность, что делают школьники в академическом институте, какая связь между бальзамом Шостаковского и Институтом органической химии, что такое короткоживущие интермедиаты и почему без химии невозможна жизнь, – наш разговор с академиком РАН Михаилом Петровичем Егоровым, директором ИОХ РАН им. Н.Д. Зелинского, академиком-секретарем отделения химии и наук о материалах.

 

Среди тысяч проектов, поддержанных РНФ, разработка фунгицидов для использования в сельском хозяйстве и медицине, проводимая в ИОХ РАН, стала одной из 9 самых ярких.
ИОХ РАН поздравляет Валентина Павловича Ананикова с заслуженным признанием его научных достижений и желает новых свершений.
Все события »