Лаборатория комплексной переработки отходов энерго-металлургического комплекса

Петрушенко Игорь Константинович

руководитель лаборатории

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник

аудитория: Технопарк ( ул. Игошина 1А)-100
телефоны: +7 (3952) 61-83-45
e-mail: igor.petrushenko@istu.edu

Лаборатория комплексной переработки отходов энерго-металлургического комплекса основана 01.10.2021 в рамках межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Байкал». В лаборатории ведется разработка инновационных технологий утилизации отходов энерго-металлургического комплекса с получением уникальных структур для модификаторов различных материалов, эффективных адсорбентов, каталитических систем, средств доставки лекарств, электродов для электрохимических источников тока, водородных топливных элементов и суперконденсаторов. В лаборатории трудится команда из 15 человек.

Ведущий инженер Ларионов Л.М., лаборант Волыгин Д.М., лаборант-исследователь Волосатова В.С., ведущий научный сотрудник Иванов Н.А., заведующий лабораторией Петрушенко И.К., лаборант-исследователь Свинкин Н.А., лаборант-исследователь Галеев В.Г., лаборант-исследователь Шабалин А.А., лаборант Масленников Р.С., младший научный сотрудник Мясникова В.С., младший научный сотрудник Миленькая Е.А.

Цель научного исследования заключается в разработке эффективной технологии переработки промышленных отходов для получения уникальных полых сферических углеродных и силикатных наноструктур с мезопористой оболочкой для широкого спектра применений.

Конкретные задачи, решаемые в проекте, заключаются в разработке технологии выделения из массива пыли газоочистки уникальных наноструктур и разработке последующих технологических операций, приводящих к получению наноразмерных полых сферических углеродных и силикатных мезопористых структур, а также попутное выделение других типов наноструктур, таких как углеродных нанотрубок, силикатных нанотрубок, углеродных тороидальных структур (астраленов).

Масштабность задачи вытекает из того, что в данном проекте будут разработаны методы не только выделения наноструктур, уже сформированных в высокотемпературном технологическом процессе, но и методы использования основного состава пыли газоочистки – аморфных сферических микро — и наноразмерных частиц диоксида кремния в качестве основы (core template) для получения полых сферических углеродных наноструктур в отличие от общепринятой технологии, включающей необходимость получения шаблонов (core template) из диоксида кремния и последующих операций формирования углеродной оболочки.

Предлагаемые методы позволят организовать масштабное производство полых углеродных сферических наноструктур, используя только конечные технологические операции формирования углеродных оболочек на ядре сферических частиц диоксида кремния, составляющих до 98 % состава пыли газоочистки кремниевого производства, и последующее травление шаблона.

В рамках настоящего проекта планируется разработать технологии выделения уникальных наноструктур из пыли газоочистки кремниевого производства, оценить их массовое содержание в зависимости от условий технологических процессов и разработать технологию получения углеродных и силикатных полых сферических структур используя как основу исходные шаровидные частицы пыли. Теоретически методами квантовой химии будут рассчитаны условия функционализации углеродных полых наноструктур для оценки их применения в качестве эффективных адсорбентов и газовых фильтров.

Будут получены результаты исследования свойств массивов углеродных и силикатных наносфер с оценкой их абсорбционной емкости для различных газов, в том числе для водорода,  будут также получены результаты исследования по структуре оболочек наносфер, гранулометрический состав образцов, анализ на содержание примесей,  будут получены результаты по эффективности работы углеродных наносфер в качестве электродов электрохимических источников тока (литий-ионных источников тока, водородных топливных элементов).

В результате выполнения проекта будет создана недорогая и эффективная технология получения полых наносфер из техногенных отходов производства, которая может масштабироваться для массового производства уникальных наноструктур. В отличие от зарубежных аналогов разрабатываемая технология отличается простотой реализации, низкой стоимостью, возможностью быстрого внедрения для масштабного производства.

Ключевые публикации

• Петрушенко И. К. Квантово-химическое моделирование адсорбции водорода в порах: исследование методами DFT, SAPT0 и IGM // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 3. С. 363–372.
• I.K. Petrushenko, K.B. Petrushenko. Advanced hydrogen adsorption on benzene: Cation-π interaction effects // Chemical Physics 562 (2022) 111649
• Н.А. Иванов, В.Л. Паперный, С.С. Колесников, С.А. Небогин, Л.И. Брюквина. РЕНТГЕНОВСКАЯ ДИФРАКТОМЕТРИЯ ТОНКИХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ФТОРИДА ЛИТИЯ С СЕРЕБРЯНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ НА АМОРФНОЙ ПОДЛОЖКЕ// ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2022, № 9, с. 19–26
• I.K. Petrushenko, K.B. Petrushenko. The passage of alkali metal cations through the pores in phenine and N-doped phenine nanitubes //Surfaces and Interfaces 31 (2022) 102083
• I.K. Petrushenko, K.B. Petrushenko. Electronic transitions in noncovalent BODIPY dimers: TD-DFT study //Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 275 (2022) 121151
• Petrushenko, I.K., Ivanov, N.A., Petrushenko, K.B. Theoretical investigation of carbon dioxide adsorption on Li+-decorated nanoflakes // Molecules, 2021,26 (24), Article № 7688.
• Petrushenko, I.K., Bettinger, H.F. Hydrogen adsorption on inorganic benzenes decorated with alkali metal cations: theoretical study // Physical Chemistry Chemical Physics, 2021,23 (9), 5315-5324.
• Petrushenko, I.K., Petrushenko, K.B. Adsorption of diatomic molecules on nitrogenated holey graphene: Theoretical insights // Surfaces and Interfaces, 2021,27, Article № 101446.
• Немаров А.А., Лебедев Н.В., Иванов Н.А., Кондратьев В.В., Горовой В.О., Колосов А. Д. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЗОПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Патент на изобретение 2755122 C1,13.09.2021. Заявка № 2020131787 от 28.09.2020.

Научные контакты:

• Профессор Холгер Беттингер (Университет Эберхарда и Карла, г. Тюбинген, Германия).
• Д.х.н. Владимир Малкин (Институт неорганической химии Словацкой академии наук, г. Братислава, Словакия).