Department of catalytic synthesis
Patrylak Lyubov , Dr. Chem. of Sciences
Scientific directions of the Department:
Цеолітні каталізатори та кислотно-основний цеолітний каталіз складних вуглеводневих перетворень: синтез цеолітних кислотних каталізаторів; дослідження їх адсорбційних та кислотних властивостей; тестування у найважливіших карбоній-іонних реакціях перетворення вуглеводнів; вивчення закономірностей перебігу карбоній-іонних реакцій та ефективності синтезованих каталізаторів на пілотних установках; вивчення механізмів карбоній-іонних реакцій перетворення вуглеводнів; розробка технологій каталізаторів та відповідних каталітичних процесів; біодизельне паливо на основі рослинних олій та етилового спирту.
Advanced research and development:
Дослідження дезактивації цеолітних каталізаторів в основних карбоній-іонних реакціях з одночасним вивченням характеру утворюваного коксу. Нове явище безперервного руху коксу з вектором, поперемінно спрямованим то на зовнішню поверхню цеолітних кристалів, то углиб пористої структури цеоліту. Основний цеолітний каталізатор алкілування толуолу метанолом у бічний ланцюг з метою одностадійного одержання стиролу. Твердий цеолітний каталізатор переестерифікації тригліцеридів жирних кислот природних олій етиловим спиртом. Технології гомогенно-каталітичної та гетерогенно-каталітичної переестерифікації ріпакової, соняшникової та лляної олій етиловим спиртом.
Additional information about the Department:
Встановлено розподіл первинних продуктів тих чи інших карбоній-іонних перетворень досліджено шляхом їх реалізації за умов малого (на рівні однієї секунди) та дуже малого (на рівні десятих чи сотих часток секунди) часу перебування інгредієнтів реакції на шарі каталізатора. На основі одержаних експериментальних даних запропоновано концепцію вирішальної ролі первинних карбкатіонів, стабілізованих негативно зарядженими позиціями цеолітної структури, на початкових та завершальних стадіях карбоній-іонних перетворень за провідної ролі вторинних та третинних карбкатіонів у внутрішньомолекулярних перегрупуваннях.
Для вивчення однієї з найважчих проблем гетерогенного кислотного каталізу – дезактивації кислотних каталізаторів у результаті коксоутворення, визначення складу утворюваного коксу та динаміки його горіння – розроблено унікальний метод дискретно-послідовного мікроокиснення коксу. Із застосуванням даного методу вивчено дезактивацію кислотних каталізаторів на основі найбільш значущих у практичному відношенні типів цеолітів – фожазиту (X та Y), морденіту і цеоліту висококремнеземного – в таких карбоній-іонних перетвореннях вуглеводнів як алкілування, ізомеризація, диспропорціонування, ароматизація. Вперше досліджено поведінку коксових відкладень на дезактивованих зразках у процесі їх старіння впродовж майже трьох років. Спостережено нове явище: безперервний рух коксу з вектором, поперемінно спрямованим то на зовнішню поверхню цеолітних кристалів, то углиб пористої структури цеоліту. При цьому кокс або повністю покриває зовнішню поверхню цеолітного кристалу, стаючи масивною коксовою фазою, або ж знаходиться на ній у вигляді кластерів. В основі спостереженого явища лежить сформульована у попередні роки закономірність, згідно з якою в певній високотемпературній точці настає інверсія тиску (чи величини хімічного потенціалу) від більшого над кластерами до більшого над масивною фазою.
Створено оригінальну гомогенно-каталітичну технологію одержання біодизельного палива, яка ґрунтується на реакції переестерифікації ріпакової (соняшникової) олії етанолом, тобто на використанні повністю біовідновлювальної і продукованої в Україні сировини.
Синтезоване на укрупненій дослідній установці ІБОНХ НАН України за створеною технологією біодизельне паливо показало (Хіммотологічний центр Міністерства оборони України та Інститут проблем машинобудування ім. А.М.Підгорного НАН України) унікальні енергоекологічні характеристики: в сумішах з дизельним паливом нафтового походження у концентраціях 20-80 % синтезований продукт порівняно з нафтовим дизпаливом підвищеної якості (Євро) марки С виду ІІ дещо поступається за максимальною потужності двигуна (до 6,5 % відн.), за величинами максимального крутячого моменту (до 3,5 % відн.) та за коефіцієнтами корисної дії двигуна (до 5 % відн.), але при цьому однозначно переважає його за екологічними характеризується: демонструє на 1-5 % менші значення викидів в атмосферу диоксиду вуглецю, менші в 1,3-1,5 рази значеннями викидів оксидів азоту, менші в 1,2-1,3 рази – оксиду вуглецю, в 1,9-3,3 разів – продуктів неповного згоряння, в 1,1-2 рази нижчою димністю, причому останні чотири характеристики поширюються на весь діапазон концентрацій, із чистим біодизельним паливом включно.
Синтезований продукт є єдиним з відомих на сьогодні біодизельних палив, в результаті спалювання яких у циліндрах двигунів внутрішнього згоряння вміст оксидів азоту не зростає, а, навпаки, суттєво зменшується, що робить його екологічно повністю прийнятним.
Main publications of recent years
1. Патриляк Л.К., Манза И.А., Охрименко М.В. Колебательный характер дезактивации цеолитных катализаторов в карбоний-ионных превращениях углеводородов // Теорет. и эксперимент. химия.- 2005.-Т. 41, № 1.- С.40-44.
2. Патриляк Л.К. Теоретическая интерпретация адсорбционно-десорбционных гистерезисов// Ж. физ. хим.- 2005.-Т. 79, № 10.- С. 1866-1870.
3. Кухар. В.П., Патриляк К.І. Пилопригнічення та закріплення курних територій у зоні відчуження ЧАЕС та поза її межами в 1986-1988 рр. // Національна академія наук України – Чорнобилю: Зб. наук. пр. [Електронний ресурс] // НАН України. Нац. б-ка України ім. В.І.Вернадського.- К., 2006.- Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua/books/2006/chernobyl/pki.pdf.
4. Патриляк Л.К., Іонін В.О. Алкілування ізобутану бутенами // Катализ и нефтехимия.- 2007, № 15.- C. 26-37.
5. Voloshyna Yu.G., Patrylak L.K., Manza I.A., Yakovenko A.V. Influence of external surface of zeolite crystals modification on toluene para- disproportionation selectivity // Chemistry and Chemical Technology.- 2007.- V. 1, N2.- P. 79-81.
6. Fraissard J., Gerda V., Patrylak K.I., Voloshyna Yu.G. Isomerization of hexane on PtAu nanoparticles supported on zeolites // Catalysis Today.- 2007.- V. 122, N 3-4.- p. 338-340.
7. Patrylak K.I., Patrylak L.K., Ionin V.O., Voloshyna Yu.G., Skubiszewska-Zieba J., Repetskyi I.A. Zeolites as the Modern Catalysts for the High Octane Gasoline Component Production // Polish Journal of Chemistry.- 2008. – V.82, №1-2. – P.101-107.
8. Патриляк Л.К., Іваненко В.В. Особливості дезактивації цеолітних каталізаторів // Катализ и нефтехимия.- 2008.- № 16.- С. 22-32.
9. Патент України на винахід № 88409. Спосіб одержання біодизельного палива етанольною переестерифікацією жирів // Патриляк Л.К., Кухар В.П., Патриляк К.І., Охріменко М.В., Манза І.А., Волошина Ю.Г., Яковенко А.В., Іваненко В.В., Храновська В.І., Петрович В.В. / ІБОНХ НАН України / опубл. 12.10.2009, Бюл. № 19.
10. Волошина Ю.Г., Патриляк Л.К., Иваненко В.В., Патриляк К.И. Механизм селективного пара-диспропорционирования толуола на катализаторах пентасильной основы // Теорет. и эксперимент. химия.- 2009. – № 4. – С.249-252.
11. Патриляк К.И., Патриляк Л.К., Иваненко В.В., Охрименко М.В., Волошина Ю.Г. Колебательное движение кокса в дезактивированном цеолите HZSM-5 // Теорет. и эксперимент. химия.- 2010.- Т.46, № 4.- С.245-251.
12. Патриляк К.И., Патриляк Л.К., Волошина Ю.Г., Манза И.А., Коновалов С.В. Распределение продуктов алкилирования изобутана бутенами на цеолитном катализаторе и механизм реакции // Теорет. и эксперимент. химия.- 2011, т.47, № 4, с.199-207.
13. Patrylak L.K., Patrylak K.I., Konovalov S.V., Okhrimenko M.V., Ivanenko V.V., Levterov A.M., Marakhovskyi V.P., Savytskyi V.D., Voloshynа Yu.G. Homogeneous and Heterogeneous Catalytic Obtaining and the Power-Ecological Characteristics of Ethanol Rape Seed Oil Transesterification Products // 15 International Congress on Catalysis. Munich (Germany), 1-6 July 2012. www.events.dechema.de/icc2012html.
14. Патент України на винахід № 98281. Спосіб одержання біодизельного палива шляхом переестерифікації тригліцеридів етанолом на каталізаторі // Патриляк Л.К., Патриляк К.І., Іваненко В.В., Охріменко М.В., Волошина Ю.Г., Манза І.А., Коновалов С.В., Храновська В.І. // ІБОНХ НАН України / опубл. 25.04.2012, Бюл. № 8.
15. Patrylak K.I., Patrylak L.K., Konovalov S.V., Ivanenko V.V., Okhrimenko M.V., Voloshyna Yu.G. Driving Forces of Coke Alternate Dynamics in Zeolite Deactivated // Chemistry, Physics and Technology of Surface.- 2012.- V. 3, N4.- P. 401-406.
16. Патриляк К.И., Патриляк Л.К., Коновалов С.В. Термодинамический подход к прогнозированию влияния размерного фактора на свойства наноструктур // Теорет. и эксперимент. химия.- 2013.- Т. 49, №1.- С.32-36.
17. Patrylak L.K., Patrylak K.I., Okhrimenko M.V. et al. Ethanol containing ethyl esters of fatty acids as perspective environment like fuel // Fuel, 2013, V. 113, p. 650-653.
18. Патриляк К.И., Патриляк Л.К., Репецкий И.А. Механизмы алкилирования изобутана бутенами и Н/D-обмена в молекулах изобутана на кислотных цеолитах // Теорет. и эксперимент. хим., 2013, Т.49, № 3, с. 132-142.
19. Patrylak L., Patrylak K., Okhrimenko M. et al. Comparison of power-ecological Characteristics of diesel engine work on mixed diesel fuels on the base of ethyl esters of rapeseed and sunflower oils // Chemistry and Chemical Technology.- 2015.- V.9, N3.- P. 383-390.
20. Patrylak K.І., Patrylak L.К., Pertko O.P. et al. Coke Behavior in Faujasite Based Catalysts Deactivated // Current Catalysis, 2016, V. 5(2), p. 108-115.
Address 02160, Kyiv-160, Kharkiv highway, 50
Telephone 559-70-93 Fax 573-25-52
E-mail : lkpg at ukr.net
