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

Конференции, проводимые институтом:

23-25 октября 2019 года

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ХИМИЯ НИТРОСОЕДИНЕНИЙ И РОДСТВЕННЫХ АЗОТ-КИСЛОРОДНЫХ СИСТЕМ» (АКС-2019)

24 сентября 2019 года.

Школа молодых ученых «ГЛИКОНАУКИ И ГЛИКОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ»

15 - 20 сентября 2019 года

Международная конференция "Катализ и органический синтез" (ICCOS-2019)

19 - 21 июня 2019 года

Второй Российско-французский семинар по химии гипер- и гипокоординированных соединений и интермедиатов элементов 14-й группы Периодической системы

Все конференции »

Важные события:

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.
Премия была учреждена Немецким химическим обществом в 1999-м году. Премия присуждается ежегодно молодому ученому преимущественно из европейских стран за достижения в области органической химии.
В нашей науке произошло, прямо скажем, беспрецедентное событие. Ведущий международный химический журнал European Journal of Organic Chemistry весь номер посвятил российскому Институту органической химии им. Зелинского РАН. Как удалось совершить такой прорыв? Об этом корреспондент "РГ" беседует с директором института, академиком Михаилом Егоровым и членом-корреспондентом РАН Николаем Нифантьевым, который был приглашенным редактором этого номера журнала.
Все события »