Молодые учёные ИОХ РАН: Мишанин Игорь
кандидат химических наук, научный сотрудник
Области исследований: гетерогенный катализ, процессы в сверхкритических средах, in situ магнитометрия, рентгенофазовый анализ
Лаборатория гетерогенного катализа и процессов в сверхкритических средах №15
Разработка высокоселективного гетерогенного катализатора окислительного дегидрирования этана с участием СО2
Mishanin I.I., Bogdan T.V., Koklin A.E., Bogdan
V.I., Design of highly selective heterogeneous
catalyst for CO2-mediated ethane oxidative
dehydrogenation based on nonoxidative catalysis
in stainless-steel reactor, Chem. Eng. J., 2022,
J., 2022, DOI: 10.1016/j.cej.2022.137184
Наша лаборатория катализа и процессов в сверхкритических средах ИОХ РАН создана в 2012 году академиком РАН Луниным Валерием Васильевичем и д.х.н. Богданом Виктором Игнатьевичем. Область научных интересов нашей лаборатории: каталитические процессы в сверхкритических средах; трансформация компонентов возобновляемого сырья в суб- и сверхкритической воде; экологические аспекты физико-химической трансформации возобновляемого сырья, альтернативные источники энергии; композитные системы для альтернативной водородной энергетики, лазерные технологии, фотоника. Особое внимание уделяем исследованию практически и экологически значимых каталитических процессов. Впервые в мировой научной практике мы начали исследовать реакцию окислительного дегидрирования легких углеводородов в сверхкритических условиях. Данное направление занимает ключевое место в моей научной работе. Реализацией окислительного дегидрирования этана (ОДЭ) решаются задачи энергоэффективного и селективного получения важнейшего мономера мировой полимерной химии – этилена и вовлечения в экологический рецикл «green house» газа СО2. За несколько десятилетий исследователям удалось значительно приблизиться к промышленной реализации получения этилена путем ОДЭ, и я надеюсь, что наше научное подразделение ИОХ РАН, решая фундаментальные задачи по установлению корреляций между структурой катализаторов и их каталитическими свойствами, внесёт свой вклад в эту область.
Наша последняя работа «Design of highly selective heterogeneous catalyst for CO2-mediated ethane oxidative dehydrogenation based on nonoxidative catalysis in stainless-steel reactor» в Chemical Engineering Journal посвящена ОДЭ с использованием СО2 в качестве окислителя. Проводя исследования ОДЭ с СО2 в стальном реакторе в проточном режиме при высоких температурах (более 600°С), мы обнаружили, что после длительной эксплуатации реактора на его внутренней стенке формируются высокоактивные и селективные фазы, которые позволяют проводить процесс без катализатора. Мы тщательно проанализировали фазовый состав поверхности реактора методами РЭДС, РФА синхротронного излучения (СИ), и на основании этих данных были разработаны новые железо-хромовые катализаторы, нанесенные на углеродный носитель, для эффективного и селективного превращения этана в этилен с помощью СО2.
Технология каталитического окислительного дегидрирования легких углеводородов на сегодняшний день имеет только лабораторно-пилотную реализацию. Надеюсь, что в недалеком будущем, флагманы нефтегазопереработки заинтересуются разработками по ОДЭ, что позволит, в частности, вместо сжигания в факелах попутных легких углеводородов извлекать дополнительно огромные количества этилена, пропилена.
В состав стали входят многие элементы и важно было определить, какие именно оксидные фазы внутренней поверхности стального реактора являются активными в изучаемом нами процессе ОДЭ. С использованием РФА на синхротронном излучении удалось детально изучить состав внутренней поверхности реактора, что позволило смоделировать и получить активную гетерогенную каталитическую систему.
Конечно. Выражаю особую благодарность, прежде всего, моему руководителю – Богдану Виктору Игнатьевичу, который старался передать мне свой опыт и знания, сформировать критическое отношение к полученным результатам, научить анализировать данные. Я также благодарен всем сотрудникам нашей лаборатории за ценные замечания и помощь в обсуждении и интерпретации полученных результатов.
В 2023 году я получил молодежный грант РНФ по ОДЭ. Согласно «дорожной карте» гранта, основной задачей является оптимизация фазового состава Fe-Cr/C катализатора и проведение детального физико-химического анализа катализаторов для выявления активных поверхностных фаз. С этой целью я освоил метод магнитометрии, который позволяет in situ наблюдать формирование активной структуры катализатора в процессе ОДЭ. В рамках гранта я продолжаю исследование гетерогенных оксидных систем ОДЭ, нанесенных на Сибунит, и планирую исследовать другие биметаллические системы.
Думаю, что в химию я попал благодаря своему замечательному школьному учителю – Котовой Ирине Анатольевне, которая заронила интерес к этой науке. Также я благодарен преподавателям в МГУ имени М.В. Ломоносова, которые развили этот интерес и побудили желание работать в науке: Прохоровой Галине Васильевне, Романовскому Борису Васильевичу, Богдан Татьяне Вениаминовне.
В 2010 году я выполнял в ИОХе курсовую работу по физической химии под руководством Богдана Виктора Игнатьевича. Коллектив, атмосфера в институте и тематика работ лаборатории очень мне понравились. С тех пор здесь и работаю.
Считаю, что современный ученый должен быть объективным, внимательным (в том числе к публикациям), ответственным, коммуникабельным, отзывчивым, терпеливым и открытым к новым идеям.
Хочется посоветовать больше общаться с коллегами, дружить лабораториями и институтами, так как многие удивительные результаты получаются именно на стыке наук.