Нанокатализаторы и функциональные материалы, ТГУ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ОТДЕЛ (НИО-3) -

Лаборатория «Нанокатализаторы и функциональные материалы»

Лаборатория «Нанокатализаторы и функциональные материалы» (научно-исследовательский отдел, НИО-3) созданы по договору № 14.В25.31.0011 от 24.06.2013 между Министерством образования и науки Российской Федерации, федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет» (ТГУ), и доктором физико-математических наук Романовым Алексеем Евгеньевичем о выделении Мегагранта Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования по направлению «Науки о материалах» (в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 220 от 09.04.2010).

Лаборатория "Нанокатализаторы и функциональные материалы" была создана на базе существовавшего в ТГУ Научно-исследовательского отдела - НИО-3, и реализует свою деятельность с 2007 года по направлениям:

Более подробно с направлениями деятельности лаборатории и проектами, реализованными в этот период, можно ознакомиться здесь..

НИО-3 (в дальнейшем Лаборатория) состоит из четырех научно-исследовательских лабораторий («Специфические нанообъекты и функциональные наноматериалы», «Физика поверхности новых материалов», «Лаборатория спектроскопии веществ», «Нанокатализаторы и каталитические системы») и опытно-технологического участка по изготовлению и испытанию образцов инновационной продукции. Штат Лаборатории укомплектован высококвалифицированными специалистами. В Лаборатории в среднем ежегодно работают 30 сотрудников (в том числе, 3 доктора и 8 кандидатов наук, 8 аспирантов, 8 студентов и 3 научно-технических работников, 22 из них – моложе 35 лет), имеющих необходимое образование, профессиональную подготовку и опыт проведения исследовательских работ.

Назначение Лаборатории: реализация грантов, научных проектов, проведение фундаментальных, прикладных исследований, опытно-конструкторских и технологических работ по направлениям деятельности Лаборатории, а также в выполнение экспертиз, услуг по оценке качества нанопродукции, анализу состава твердых, жидких и газообразных веществ.

Лаборатория свои задачи к 2018 году в рамках Мегагранта успешно выполнила, получены основные научные результаты:

Создан и исследован принципиально новый класс функциональных металлических материалов на основе пентагональных кристаллов;
Разработаны физико-химические основы технологии получения новых каталитически активных материалов на основе металлов;
Созданы и исследованы образцы эффективных катализаторов промышленного и экологического назначения (для синтеза анилина, деструкции органических загрязнений в воде, очистки воздуха от токсических примесей, конверсии углеводородов);
Подано 10 заявок на изобретения, получено 6 патентов;
В рамках Мегагранта создан научно-технический задел для новых, крупных проектов по четырем научным направлениям:

- Физико-химические основы выращивания готовых микроизделий из металлических пентагональных нанообъектов;

- Разработка, исследование и испытание эффективных катализаторов, предназначенных для синтеза из нитробензола анилина (требуется

индустриальный партнер);

- Разработка эффективных и малозатратных каталитических и фотокаталитических технологий, создания материалов, изделий и оборудования,

предназначенных для глубокой очистки сточных вод, образующихся на промышленных предприятиях от токсических загрязнений. По этому

направлению уже реализуется прикладной проект № 16.2314217/4.6 Минобрнауки РФ на общую сумму 45 млн. руб.

- Разработка и исследование материалов с уникальными физико-механическими свойствами (получен и выполняется Мегагрант по

Постановлению Правительства РФ №220. Договор от 14.03.2017 № 14.Z50.31.0039 общую сумму 96 млн. руб. Для этого специально создан

научно-исследовательский отдел (НИО-5).

Главным научным результатом деятельности Лаборатории, созданной в рамках выполнения Мегагранта стало создание принципиально новых металлических материалов на основе пентагональных кристаллов (подробнее..).

Принципиально новые металлические материалы на основе пентагональных частиц и кристаллов

Часть научных результатов, полученных в Лаборатории в настоящее время внедряется в практику:

Технология получения принципиально новых материалов, состоящих из пентагональных частиц и кристаллов. Внедрена на технологическом участке ФГБОУ ВО «Тольяттинский государственный университет» и ООО «Нанотехнологии для экологии».
Катализаторы из дефектных медных кристаллов, предназначенные для синтеза из нитробензола анилина. Разработан технологический регламент получения катализаторов, получены и исследованы образцы катализаторов, получены 2 патента, ведется поиск инвестора.
Технология получения фотокатализаторов, активных при видимом свете и предназначенных для деструкции органических загрязнений, находящихся в воде. Технология и 4 патента переданы по лицензионному соглашению ООО «НПО Аква» для внедрения в реальный сектор экономики.
Мембранно-фотокаталитическая технология и оборудование для ее реализации, предназначенные для очистки сточных вод, образующихся в аэропортах страны и содержащих токсический этиленгликоль. Заключен контракт на софинансирование проекта (15 млн. руб.) и лицензионное соглашение на передачу технологии, патентов и пилотного оборудования с ООО «Очистные Системы Водоочистки».
Нанотехнологии глубокой очистки гипертоксичных сточных вод, образующихся на полигонах захоронения твёрдых бытовых отходов (ТБО). Ведется апробация технологии в полевых условиях; заключены хозяйственные договора на реализацию проекта с ООО «Эколос» и ООО «Санэнвиро».
Разработана и изготовлена пилотная установка, предназначенная для фотокаталитической деструкции фенола, находящегося в воде. Проект профинансирован Инновационным фондом Самарской области. Установка может быть использована для доочистки сточных вод, образующихся на нефтехимических, нефтеперерабатывающих заводах и аэропортах страны до нормативных требований.
Разработана и находится на стадии изготовления блочно-модульная установка, предназначенная для глубокой очистки токсичных сточных вод. Изготовлением занимается ООО «Санэнвиро», проект реализуется по заданию Правительства Самарской области.
Разрабатывается технология и создается оборудование, предназначенное для очистки сточных вод, образующихся на ПАО «КуйбышевАзот» до нормативных требований. Работа выполняется на средства Заказчика совместно с Индустриальным партнером ООО «Санэнвиро».
Разрабатывается комбинированная технология и создается оборудование, предназначенное для комплексной очистки гипертоксичных сточных вод, образующихся на полигонах захоронения твердых бытовых отходов (ТБО).

После успешного завершения Мегагранта основными направлениями деятельности Лаборатории стало: проведение фундаментальных, поисковых, прикладных научных исследований по направлениям деятельности Лаборатории; оказание услуг по контролю качества нанопродукции, анализу состава жидкостей, газов и твердых веществ; проведение опытно-конструкторских и технологических работ; внедрение полученных результатов в реальный сектор экономики, в частности, разработка, исследование, апробация и внедрение в практику:

Принципиально новых металлических материалов в виде частиц, дефектных кристаллов (в том числе пентагональных), слоев и покрытий из них;
Катализаторов и фотокатализаторов промышленного и экологического назначения;
Технологий, материалов и оборудования, предназначенных для глубокой очистки воды и воздуха от токсических загрязнений;
Технологий, материалов и оборудования, предназначенных для высокоэнергетической обработки гетерогенных жидкостей (СОЖ, нефть, нефтепродукты, жидкие отходы и др.) с целью изменения и управления их физико-химическими и реологическими свойствами. Подробнее с проектами, запланированными и реализуемыми в настоящее время можно ознакомиться здесь.. .

Кроме того, продолжаются работы по:

Исследованию механизмов роста, особенностей структуры и свойств нано- и микрообъектов, например, декаэдрических и икосаэдрических металлических малых частиц

Разработке технологии выращивания методом электроосаждения металла пентагональных нитевидных кристаллов, усов, микротрубок, специфических нанообъектов, обладающих осями симметрии пятого порядка, необычной структурой и уникальными физико-химическими характеристиками

Получению из пентагональных частиц и кристаллов готовых микроизделий: микротрубопроводов, композиционной микропроволоки, кантилеверов, игольчатых кристаллов, частиц с развитой поверхностью, микроконтейнеров, компонентов микроэлектроники и сенсоров

Созданию образцов инновационной продукции: нанокатализаторов технического и экологического назначения, адсорбентов, нанопористых функциональных материалов, нанофильтров, адсорбционно-каталитических фильтров, систем очистки газов и жидкостей от механических, органических, токсических и бактериологических примесей

Разработке физико-химических основ технологий получений из нано- и микрообъектов принципиально новых функциональных материалов в виде: пленок, слоев, покрытий, порошков кристаллов и микрочастиц с развитой поверхностью

Разработке технологии получения из нанообъектов, икосаэдрических частиц и дефектных кристаллов микрокатализаторов промышленного и экологического назначения

Разработке технологии получения цельнометаллических катализаторов с развитой поверхностью

Созданию каталитических систем, предназначенных для очистки сточных вод промышленных предприятий от токсических загрязнений

Созданию катализаторов из дефектных кристаллов и фотокатализаторов из наночастиц и нановискеров оксидов металлов и фотокаталитических систем доочистки сточных вод нефтехимических предприятий и аэропортов страны до нормативных требований.

В рамках деятельности лаборатории реализуются следующие задачи:

Методом электроосаждения металла выращиваются большое многообразие частиц и кристаллов, в том числе, обладающие одной или шестью осями симметрии пятого порядка и уникальными свойствами (Подробнее...)
Исследуются структура и необычные свойства металлических пентагональных нано- и микрообъектов, их эволюция в температурных и силовых полях (Подробнее...)
Разрабатываются технологии непосредственного выращивания из пентагональных нано- и микрообъектов уже готовых микроизделий (Подробнее...)
Разрабатываются способы увеличения удельной поверхности пентагональных нано- и микрообъектов на порядки (Подробнее...)
Создаются из икосаэдрических малых частиц порошки в виде микросфер с полостью внутри (Подробнее...)
Создаются из ИМЧ катализаторы, предназначенные для работы в реакторах с псевдоожиженным катализаторным слоем, в виде бакиболов, совершенных икосаэдров и звездчатых многогранников (Подробнее...)
Разрабатывается и изготавливается инновационная продукция для реализации каталитических технологий очистки сточных вод промышленных предприятий (Подробнее...)
Разрабатываются материалы, изделия и оборудование для реализации на практике мембранно-фотокаталитических технологий очистки сточных вод от токсических загрязнений (фенола, этиленгликоля, циглогексанона) (Подробнее...)

О деятельности Лаборатории, научных направлениях и полученных результатах исследований можно судить по выполненным в 2007-2017 гг. и планируемым проектам.

В лаборатории имеется все необходимое для успешного выполнения этих проектов: высококвалифицированные специалисты, опыт выполнения крупных проектов, большой научно-исследовательский задел, инновационная научно-исследовательская инфраструктура в виде лабораторий, опытно-технологического участка, сертифицированного центра, а также современного аналитического и исследовательского оборудования.