Напрями наукової роботи кафедри хімії

У 2013 календарному році на кафедрі хімії і хімічної технології завершилось виконання таких науково-дослідних робіт:
№ 96/10.02.02 «Видалення органічних забруднень із стічних вод, що містять нафтопродукти» (керівник – д.х.н., проф. Чумак В.Л.);
№ 726ДБ11 «Плазмохімічне модифікування та електрохімічний дизайн оксидних матеріалів» (керівник – д.х.н., проф. Іванов С.В.).

Тривають такі науково-дослідні роботи:
№102/10.02.02 «Розробка технології модифікації полімерних та вуглецевих мембран в низькотемпературній плазмі» (керівник – к.х.н., доц. Трачевський В.В. )
№ 95/10.02.02 «Розробка технології деметалізації важких нафтових залишків з одержанням моторних палив» (керівник – к.т.н., доц. Манчук Н.М. )

В рамках НДР № 726ДБ11 «Плазмохімічне модифікування та електрохімічний дизайн оксидних матеріалів» було досягнуто такі основні наукові результати:
Встановлено багатостадійність електролітичного анодного окиснення/катодного відновлення, особливо для систем з поліморфізмом. При наявності низки поліморфних видозмін з різними термодинамічними параметрами продуктом електросинтезу за рівних інших умов будуть найбільш стійкі термодинамічно поліморфні модифікації. Внаслідок більшої швидкості зародкоутворення порівняно зі швидкістю електрокристалізації, а також спорідненості структурних мотивів поліморфів продукту електролізу властива дефектна структура: мікровростання фаз одна в іншу, двійникування, дефекти, пов’язані з некогерентним вростанням тощо.
Фазова рівновага в оксидній системі може суттєво коливатися в той чи інший бік залежно від умов електросинтезу.
Катіони різної природи у електроліті зумовлюють можливість безпосереднього гетеровалентного або ізовалентного заміщення у матриці сполуки-хазяїна за умов виконання кристалохімічних критеріїв близькості радіусів (відмінність не більше ніж 15%). Крайнім випадком такого заміщення є утворення твердих розчинів з широкою межею гомогенності, як було показано нами на прикладі системи Mn—Co. Аналіз симетрії фаз-продуктів анодного осадження катіонів різної природи дозволяє передбачати здатність до катіонного заміщення. Вперше встановлено існування твердих розчинів заміщення серед продуктів анодного осадження оксидів мангану в присутності кобальту внаслідок їх ізоструктурності (CoOOH — β-MnOOH — γ-MnO2 здатні до кристалізації у межах однієї просторової групи симетрії Pnma з незначними відмінностями параметрів елементарної комірки кристалічної гратки).
Вперше запропоновано додаткові шляхи фазових переходів при електросинтезі діоксиду мангану. Один з них супроводжується формуванням тетрагональної/моноклінної фази голандіту навіть у відсутності катіонів інших металів у електроліті, інший — β-MnO2 (тетрагон, №136, P 42/m n m).
Функціональними матеріалами, що бурхливо розвиваються сьогодні, є композити, в тому числі оксидні. Метою досліджень було отримати нові нанокомпозитні матеріали на основі сумісного електроосаджених оксидних сполук хрому та кобальту. Для їх одержання нами використані основні положення теорії біфункціональної електрохімічної системи, в результаті чого можливо синтезувати шляхом електролізу водних розчинів сполуки оксидного характеру неповного відновлення Попередніми дослідами були визначені умови спільного осадження оксидних сполук хрому і кобальту. Для встановлення залежності вмісту кобальту від складу електроліту та умов електролізу була проведена оптимізація процесу одержання композита. Був досліджений вплив матеріалу основи на кількість спільно осадженого з оксидом хрому кобальту при інших постійних умовах: на сталі та нікелі спостерігається максимальна кількість кобальту в композиті, а на платині були виявлені лише його сліди.
У результаті проведених досліджень був встановлений склад електроліту та умови одержання наноструктурованого композиту на основі нестехіометричних оксидів хрому і кобальту за допомогою електрохімічного синтезу. У результаті процесу неповного електровідновлення іонів Cr6+ і Co2+ на катоді утворюється чорна плівка, яка міцно зчеплена з поверхнею основи. Максимальний вміст кобальту в синтезованому композиті та максимальна маса продукту може бути отримана на сталевій або нікелевій основі з електроліту наступного складу, г·л–1: CrО3 – 200, HF – 0,4, CoСО3 – 0,01 при густині струму 30 А·дм–2. Також була проведена оптимізація складів електролітів для одержання  нестехіометричного оксиду хрому, г·л–1: CrО3 – 300, HF – 0,4 при густині струму 50 А·дм–2 та для одержання нестехіометричного оксиду кобальту, г·л–1: CoSO4·7H2O – 25, (NH4)2SO4 – 12, HF – 1 при густині струму 100 А·дм–2.
Продукт неповного відновлення, що утворюється на електроді, вивчався комплексом фізико-хімічних методів аналізу. Склад композитного матеріалу досліджували за допомогою ІЧ-спектроскопії та термогравіметричного методів аналізу Термогравіметричний метод дослідження дозволив одержати детальну інформацію про вміст різних видів води й ОН–-груп. Встановлено електронномікроскопічним дослідженням нанорозмірність матеріалу — розмір часток становить від 20 до 50 нм.
Розроблено нову установку низькотемпературної плазми, на якій проводили дослідження впливу плазми на поверхневі властивості сорбентів. З отриманих експериментальних результатів модифікування вибраних зразків сорбентів, нами були обрані оптимальні параметри низькотемпературного газового розряду:
Потужність, Вт                                            15…40;
Тиск, Па                                                        20…55;
Швидкість току, см3/хв                               8…15;
Атмосфера                                                    O2 , NH3, ацетилацетонат Cu.

На базі зразків природних адсорбентів буде створено нові модифіковані методом низькотемпературної плазми матеріали, призначені для процесів адсорбційної очистки нафтопродуктів від сполук сірки. Одержані експериментальні дані свідчать, що плазмохімічна модифікація цеолітів змінює їх поверхневі властивості. Плазмохімічна модифікація сорбентів в різних газових середовищах дозволить отримувати сорбенти з наперед заданими експлуатаційними характеристиками. Так при модифікуванні сорбентів іонами(атомами) міді слід очікувати появу специфічної реакційної здатності модифікованих цеолітів. Мідь (або Cu2+)  є хорошим десульфуючим агентом і традиційно використовується в якості промотуючої добавки до каталізаторів процесів нафтопереробки.

В роботі№ 96/10.02.02 «Видалення органічних забруднень із стічних вод, що містять нафтопродукти» проведені дослідження процесу очищення стійких емульгованих стічних вoд, які містять світлі нафтопродукти, стабілізовані поверхнево-активними речовинами (ПАР), і високодисперсні забруднення глинистої та карбонатної природи. Очищення стічних вoд досліджували на модельних системах шляхом відстоювання, флотації та адсорбції. В якості нафтопродуктів як органічних забруднень стічних вoд використовували автомобільні бензини марок: А-92 і А-95 та дизельне паливо марки Л. Стабілізаторами були: аніонна ПАР – натрію додецилсульфат і катіонна ПАР – цетилтриметиламонію бромід.
Результати досліджень показали, що ефективними методами є: флотаційний метод з додаванням сульфату алюмінію в якості флотореагенту – як основний та адсорбційний метод з використанням вугільних сорбентів – як метод етапу доочищення води при необхідності скидання її у природні водойми. Для ефективної роботи локальних очисних споруд нафтопереробних заводів (НПЗ), де утворюються стійкі емульговані стічні вoди, забруднені світлими нафтопродуктами, стабілізованими ПАР, і високодисперсними забрудненнями глинистої та карбонатної природи, доцільно рекомендувати схему очищення, яка складається з двох технологічних вузлів – флотаційного та адсорбційного.

Авторами роботи №102/10.02.02 «Розробка технології модифікації полімерних та вуглецевих мембран в низькотемпературній плазмі» розроблено методики плазмохімічного модифікування поверхні полімерних та вуглецевих мембран, які дозволяють змінювати їх гідрофільні/гідрофобні характеристики.
Експериментально визначено оптимальні параметри модифікування з метою отримання мембран з заданими функціональними властивостями їх поверхні.
Методом ІЧ-спектроскопії встановлено наявність характеристичних смуг поглинання мономерів, зо доводить їх прищеплення до поверхні мембран. Крім того, показана можливість отримання мембран із заданими поверхневими характеристиками.

Науковцями кафедри в рамках роботи № 95/10.02.02 «Розробка технології деметалізації важких нафтових залишків з одержанням моторних палив» синтезованоорганічні сполуки нікелю (нафтенати нікелю (ІІ) та біс-2,4-пентадіонат нікелю(ІІ)). Проведений хімічний і фізико-хімічний аналіз синтезованих продуктів (фотометричний і дериватографічний аналізи, ІЧ-спектроскопія). Визначено питому поверхню сорбентів (золо шлаковий матеріал та залізорудний концентрат), розрахована адсорбція та побудовані ізотерми.
Крім зазначених наукових робіт, що тривають на кафедрі, розпочато роботу над такими науковими тематиками:
«Електроіскровий і механічний метод обробки сталі з використанням синергічних МОР для інгібіторного і протекторного захисту металів від корозії» (керівник – д.х.н., проф. Ледовських В.М.)
«Електрокаталітичний метод для процесів регенерації відпрацьованих олив» (керівник – д.х.н., проф. Ледовських В.М.)
«Синтез біодизельного пального з високоерукової ріпакової олії із застосуванням гетерогенних каталізаторів» (керівник – д.х.н., проф. Білокопитов Ю.В.)
«Модифікація паливно-мастильних матеріалів фулереновими присадками»    (керівник – к.т.н., доц.Єфименко В.В.).