на главную e-mail | карта сайта
 
 
Тел.: (495) 983-58-88
107564, Москва, ул. Краснобогатырская, д.42, стр.1
   НЦ "МТХ"Наши сотрудникиНовостиФотогалереяКонтактыКарта сайта
 
 
Научные проекты
  Выполняемые научные проекты
  Завершенные научные проекты
  Международные научные проекты
Научные направления
  Химический синтез
  Технология очистки
  Нанотехнология
  Процессы и аппараты
  Аналитические исследования
  Ведущие химические предприятия
  Ведущие химические НИИ
  CALS-технологии
Кадровый состав
  Аспиранты и соискатели
  Кандидаты наук
  Доктора наук
Научная деятельность
  Конференции
  Публикации
Сотрудничество
  Российские партнеры
  Зарубежные партнеры
Структура центра

На главную » Научные проекты »

1. Минобрнауки России ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

Научный руководитель : Попов Константин Иванович

Ответственный исполнитель Ковалева Наталья Евгеньевна 

Номер Соглашения о предоставлении субсидии:  14.582.21.0007

Тема:  «Разработка и исследование новых комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах с целью повышения эффективности использования тепловой энергии на предприятиях нефтехимической, металлургической, химической промышленности и ЖКХ»

Приоритетное направление: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика.

Критическая технология: Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии.

Период выполнения: с 01.12.2014 г. по 30 декабря 2016 г.

Плановое финансирование проекта: 156,9 млн. руб.

            Бюджетные средства          109,7 млн. руб.,

            Внебюджетные средства     47,2 млн. руб.

Публикации по проекту:

  1. Попов К.И., Ковалева Н.Е., Рудакова Г.Я., Комбарова С.П., Ларченко В.Е. Современное состояние разработок биоразлагаемых ингибиторов солеотложений для различных систем водопользования (обзор). ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, 2016, № 2, с. 46–53. Двухлетний Импакт-фактор РИНЦ – 0.46; ISSN 0040-3636; Англоязычная версия: K. I. Popov, N. E. Kovaleva, G. Ya. Rudakova, S. P. Kombarova, and V. E. Larchenko . Recent State-of-the-Art of Biodegradable Scale Inhibitors for Cooling Water Treatment Applications (Review) // Thermal Engineering, 2016, Vol. 63, No. 2, pp. 122–129. Входит в систему индексирования SCOPUS; ISSN англоязычной версии 0040-6015; Издательство МАИК «Наука/Интерпериодика», Москва.
  2. Pervov, A. Andrianov, V. Chukhin, R. Efremov. “The development and evaluation of new biodegradable acrylic acid based antiscalants for reverse osmosis” // International Journal of Applied Engineering Research, Vol. 10 No.5 (2015) pp. 3979-3982; Импакт-фактор 0.17 (SNIP 2014), SCOPUS. Издательство Research India Publications, India; Print ISSN 0973-4562; Online ISSN 1087--1090
  3. Первов А.Г., Андрианов А.П., Чухин В.А., Ефремов Р.В., Рудакова Г.Я., Попов К.И. Определение эффективности ингибиторов нового поколения в обратноосмотических установках // Мембраны и мембранные технологии, 2016. Т. 6. № 3. С. 268-282.
  4. K. Popov, G. Rudakova, V. Larchenko, M. Tusheva, E. Afanas’eva, S. Kombarova, N. Kovaleva. A comparative performance ranking of some phosphonates and environmentally friendly polymers on CaCO3 scaling inhibition by NACE protocol // Desalination and Water Treatment, 2017, vol. 69,  163–172 . Импакт - фактор 1.26, SCOPUS.
  5. K. Popov, G. Rudakova, V. Larchenko, M. Tusheva, S. Kamagurov, J. Dikareva, N. Kovaleva. A comparative performance evaluation of some novel “green” and traditional antiscalants in calcium sulfate scaling //Advances in Materials Science and Engineering, 2016, submitted.

  6. A. Pervov, A. Andrianov, G. Rudakova, K. Popov A comparative study of some novel "green" and traditional antiscalants efficiency for the reverse osmotic Black Sea water desalination // Desalination and Water Treatment, 2017, vol. 73,  11-21. Импакт - фактор 1.26, SCOPUS.

  7. К. Popov, М. Oshchepkov, S. Kamagurov, S. Tkachenko, Ju. Dikareva, G. Rudakova. Synthesis and properties of novel fluorescent - tagged polyacrylate - based scale inhibitors // Journal of Applied Polymer Science, 2017, 134(26), DOI:10.1002/app.45017/

Участие в конференциях:

 Сделано два устных секционных и один постерный доклады на крупнейшей международной конференции по обессоливанию воды и обратному осмосу Desalination for the Environment: Clean Water and Energy, 22-26 May 2016, Marriott Park Hotel, Rome, Italy, собравшей 529 участников из 49 стран мира:

  1. A.Andrianov, A.Pervov,K.Popov,G.Rudakova,M.Oshchepkov, S.Kamagurov. Investigation of naw biodegradable  “green”  antiscalants efficiencies in various RO applications. Секционный доклад
  2. A.Andrianov, A.Pervov, K.Popov, G.Rudakova.Development and applications  of RO “open channel” facilities for water treatment and wastewater  reuse  without concentrate disposal. Секционный доклад.
  3. K. Popov, G. Rudakova, V. Larchenko, M. Tusheva, E. Afanas’eva, S. Kombarova, S. Kamagurov and  N. Kovaleva.  A comparative performance ranking of some phosphonates and environmentally friendly polymers on CaCO3 scaling inhibition by NACE protocol. Постерный доклад.

 

2. Проект РФФИ 16-07-00823. Теоретические основы разработки и внедрения автоматизированных CALS-систем управления жизненным циклом научных исследований в химической промышленности.

Научный руководитель: Бессарабов А.М.

Исполнители: Заремба Г.А., Казаков А.А., Квасюк А.В., Кочетыгов А.Л., Поляков А.В., Степанова Т.И., Трынкина Л.В.

Сроки выполнения 2016-2018 г.г.

Объем финансирования 1.65 млн. руб.

Цель и задачи фундаментального исследования: Целью работы является создание теоретических основ и типовой методологии разработки автоматизированных химико-технологических систем управления жизненным циклом научных исследований на основе концепции CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия). Задачи: разработка в химическом комплексе методологического и программного обеспечения для научных исследований, проектирования и внедрения основных этапов жизненного цикла с последующей их реализацией в автоматизированных CALS-системах по следующим трем направлениям: технология получения химических реактивов и особо чистых веществ, плазмохимический синтез нанопорошков с криогенной закалкой и биохимический синтез БАД нового поколения золь-гель методом; компьютерный менеджмент качества облегченных композитных теплозащитных материалов для космической техники и материалов дорожной химии (противогололедные реагенты и дорожные пропитки); CALS-системы экологических научных исследований утилизации отходов фосфорной промышленности и экологического мониторинга влияния противогололедных реагентов по основным компонентам окружающей среды (снежный покров и водные объекты, почвенный покров, зеленые насаждения, атмосферный воздух). Работа соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ: «Индустрия наносистем»; «Информационно-телекоммуникационные системы»; «Рациональное природопользование».

 

 

3. Проект РФФИ 17-08-00061. "Исследование механизмов действия ингибиторов карбонатных и сульфатных отложений в водооборотных системах и установках обратного осмоса, и разработка теоретических основ тестирования и подбора ингибиторов"..

 

Научный руководитель: Попов К.И.

Исполнители: Афанасьева Е. И., Дикарева Ю. М.,  Камагуров С. Д., Колтинова Е.Я., Ларченко В. Е., Ощепков М. С., Тушева М. А., Андрианов А. П. (МГСУ)

Сроки выполнения: 2017-2019 г.г.

Объем финансирования: 2.1 млн. руб.

   Проект направлен на решение фундаментальной задачи – выяснение механизма действия ингибиторов при формировании сульфатных и карбонатных отложений в водооборотных системах на предприятиях теплоэнергетики, химической, нефтехимической, металлургической промышленности, жилищно-коммунального хозяйства, а также при опреснении воды в технологиях обратного осмоса.  Основным объектом исследования являлся механизм формиования отложения в объеме раствора, а основным методом исследования – лазерное динамическое светорассеяние (ДЛС) с измерением размера частиц и дзета-потенциала. 

   За первый год выполнения Проекта на примере сульфатных отложений (гипс) разработан совершенно новый подход – использование эталонных индифферентных нанодисперсий двуокиси кремния (Ludox TM40), вводимых в рабочую систему в качестве эталонов концентрации наночастиц и регистрируемых методом ДЛС. На втором году исследований найдена более совершенная эталонная дисперсия – АРГОВИТ (водный раствор наносеребра, стабилизированный поливинилпирролидоном).

  С помощью эталонных дисперсий TM40 и AРГОВИТ методом ДЛС в 2017-2018 годах проведено комплексное исследование процесса ингибирования отложений гипса из пересыщенных растворов с анализом выделяющейся твердой фазы методами электронной микроскопии, а также сопоставлением результатов с выводами, получаемыми методом компьютерного моделирования равновесий комплексообразования, гидролиза, диссоциации и растворимости в данной системе для трёх фосфорсодержащих ингибиторов: нитрилотрис(метиленфосфоновой кислоты), НТФ; гидроксиметиленбисфосфоновой кислоты, HEDP; и  2фосфогобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты, PBTC. Впервые в мировой практике было показано, что в присутствии НТФ при рН 9 количество микрозародышей фазы гипса в водной среде существенно понижается, т.е. ингибиторы способны предотвращать зародышеобразование. При этом, вопреки общепринятым воззрениям, было обнаружено, что ингибитор не снижает скорость роста зародышей, так как во всех растворах размеры первичных образований твёрдой фазы были одинаковыми. Данные для НТФ подтверждены также экспериментами с менее эффективными, чем НТФ ингибиторами HEDP и PBTC.  Аналогичный результат был получен на втором этапе выполнения Проекта для пересыщенных растворов карбоната кальция прямым наблюдением эффекта Тиндаля.

 Для уточнения механизма были синтезированы три оригинальных, не описанных ранее в литературе ингибитора солеотложений с флюоресцентными метками:  два - на основе 1,8-нафтальимида (конъюгат с полиакрилатом (PAA-F1) и с бисфосфонатом (  N-пропил-3-гидрокси-3,3-бисфосфоно-(4-метокси-1,8-нафтальимид) (HEDP-F), и один – на основе флуоресцеина (конъюгат с полиакрилатом (PAA-F2). На первом этапе была исследована их ингибирующая способность и флуоресцентные характеристики. На втором этапе HEDP-F впервые в мировой практике был применён для визуализации ингибитора в процессе формирования кристаллов гипса из пересыщенных растворов. Было показано, что ингибитор не сорбируется на формирующихся кристаллах гипса, а образует собственные агрегаты. Эти данные хорошо согласуются с результатами, полученными методом ДЛС, и существенно расходятся с общепринятыми теоретическим воззрениями. 

  На основании проведённых за первые два года исследований нами была выдвинута и апробирована новая гипотеза, существенно отличающаяся от общепринятых воззрений на механизм ингибирования. Её суть заключается в том, что в любом водном растворе любой степени чистоты присутствуют взвешенные наночастицы примесей. Именно они являются зародышами формирования твёрдой фазы в любом пересыщенном растворе и играют ключевую роль в формировании кристаллических солеотложений и ингибировании этого процесса. Молекулы ингибитора, адсорбируясь на этих индифферентных центрах кристаллизации, блокируют их, и предотвращают дальнейшее формирование на заблокированной частице фазы кристаллизующегося осадка, в частности - гипса. Те взвешенные наночастицы, которые первоначально сорбировали ионы гипса, растут далее без заметного влияния ингибитора. Таким образом, ингибитор на стадии нуклеации сокращает в жидкой фазе число зародышей гипса, но не влияет существенно на их рост.   Ранее же считалось, что первоначально в растворе образуются зародыши гипса, на них адсорбируется ингибитор и тем самым замедляется нарастание массы зародыша. Нами было обнаружено, что число частиц CaSO4∙2H2O в присутствии НТФ уменьшается десятикратно по сравнению с холостым опытом. Соответственно, скорость их агрегации уменьшается 100-кратно. Именно этим объясняется увеличение индукционного периода и субстехиометрический  эффект НТФ.  Аналогичное явление наблюдалось для таких ингибиторов, как НEDP и PBTC. 

  На втором этапе с применение флуорофор-содержащих ингибиторов PAA-F1 и PAA-F2 впервые была выполнена визуализация мембраны в процессе работы установки обратного осмоса по опреснению модельного рассола. Показано, что ингибитор равномерно покрывает поверхность мембраны и сокращает число кристаллов карбоната кальция на её поверхности. 

  В целях поиска адекватных методов лабораторного тестирования ингибиторов на первом этапе Проекта было произведено тестирование серии из шести промышленно выпускаемых антискалантов по международному протоколу NACE в статических условиях, и в динамических условиях работы испарительной установки на модельной воде Каспийского моря по отношению к сульфатным отложениям: полиаспартата   исследована (PASP); полэпоксифосфонатата (PESA); полакрилата (PA); сополимера малеинового ангидрида и акриловой кислоты ( MA-AA); НТФ и HEDP. Согласно протоколу NACE была получена одна последовательность эффективности ингибирования: ATMP~HEDP>PESA~PASP>PAAS~MA-AA. Вместе с тем, для условий, приближенных к реальным, была получена иная последовательность: PESA>MA-AA> PAAS~HEDP >ATMP ~PASP.  Таким образом, впервые было показано, что надёжные универсальные методы лабораторного скрининга отсутствуют, и сама процедура такого скрининга нуждается в доработке.

Степень новизны полученных результатов

  Сформулирована новая гипотеза, существенно отличающаяся от общепринятых воззрений на механизм ингибирования. Её суть заключается в том, что в любом водном растворе любой степени чистоты присутствуют взвешенные наночастицы примесей. Именно они являются зародышами формирования твёрдой фазы в любом пересыщенном растворе. Молекулы ингибитора, адсорбируясь на этих индифферентных центрах кристаллизации, блокируют их, и предотвращают дальнейшее формирование на заблокированной частице фазы кристаллизующегося осадка, в частности - гипса. Ранее же считалось, что первоначально в пересыщенном растворе образуются зародыши гипса, на них адсорбируется ингибитор и тем самым замедляет нарастание массы зародыша.  

  Методика, основанная на использовании эталонных индифферентных нанодисперсий двуокиси кремния (Ludox TM40) и серебра (АРГОВИТ), вводимых в рабочую систему в качестве эталонов концентрации наночастиц и регистрируемых методом ДЛС является новой, ранее никем не применявшейся.

  Подход, основанный на визуализации ингибиторов при помощи флюоресцентных меток в процессе ингибирования солеотложений ранее никем в мире не применялся. Также никем пока не применялась флюоресцентная визуализация ингибитора в процессе работы установки обратного осмоса.

  Нами впервые поставлено под сомнение существование гомогенного механизма образования кристаллов из пересыщенных растворов. Обычной международной практикой работы исследователя по изучению кристаллизации из пересыщенных растворов является использование химически чистых реактивов и их фильтрация через фильтр с размером пор от 200 до 20 нм. По умолчанию считается, что выполнение этих условий гарантирует гомогенный механизм кристаллизации. Работы, в которых, контролировалось бы содержание числа взвешенных частиц после их фильтрации, отсутствуют. В связи с этим, наши результаты по контролю взвешенных частиц в растворах реагентов реактивной квалификации, и привлечение внимания научной общественности к этой проблеме, также являются новым подходом.  

  Сведения о неадекватности лабораторных методик, предлагаемых для скрининга и предсказания эффективности ингибиторов солеотложений применительно к конкретному случаю испарительных установок являются новыми и принципиально важными.

Сопоставление полученных результатов с мировым уровнем

  Основные результаты и выводы работы полностью соответствуют мировому уровню исследований в области ингибирования солеотложений, превосходя его в части понимания механизма действия ингибиторов в пересыщенных водных растворах, а также методических подходов к исследованию процесса ингибирования. Подход, связанный с применением эталонных дисперсий в сочетании с лазерным динамическим светорассеянием весьма трудоемок, и аналогов в мире тоже пока не имеет.   

  Исследования по флюоресцентной визуализации ингибиторов в процессе формирования солеотложений в пересыщенном растворе и в процессе работы установки обратного осмоса аналогов в мире не имеют, хотя использование иных флуорофоров для визуализации других процессов в медицине и технике, разумеется, известны.

  Соответствие мировому уровню определяется публикацией результатов в ведущих рецензируемых  англоязычных журналах уровня SCOPUS: Colloids and Surfaces; Journal of Applied Polymer Science и Int. J. Corros. Scale Inhib., а также приглашением участвовать в качестве авторов в международной монографии по водоподготовке: «Desalination and Water Treatment» (Murat Eyvaz and Ebubekir Yüksel Eds.), 2018;  IntechOpen. 

Библиографический список всех публикаций по проекту

  При публикации результатов нами учитывалось то обстоятельство, что российские потребители наших научно-технических результатов в области теплоэнергетики англоязычных изданий, как правило, не читают. Поэтому, результаты осознанно публиковались как в ведущих профильных зарубежных журналах, так и в отечественных отраслевых изданиях с низкими импакт-факторами.   

Главы в монографиях, индексируемых в SCOPUS:

1. Maxim Oshchepkov and Konstantin Popov, «Fluorescent Markers in Water Treatment», in «Desalination and Water Treatment» (Murat Eyvaz and Ebubekir Yüksel Eds.), pp. 311-331; (September 19th 2018).  IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.76218. Available from: https://www.intechopen.com/books/desalination-and-water-treatment/fluorescent-markers-in-water-treatment

Статьи в журналах, индексируемых в SCOPUS , Web of Science:

2. Popov, Konstantin; Oshchepkov, Maxim; Afanas'eva, Elena; Koltinova, Elena; Dikareva, Yulia; Rönkkömäki, Hannu. A new insight into the mechanism of the scale inhibition: DLS study of gypsum nucleation in presence of phosphonates using nanosilver dispersion as an internal light scattering intensity reference. Colloids and Surfaces, A: Physicochemical and Engineering Aspects (2019), 560, 122-129.  SCOPUS;  Импакт - фактор  2.714

3. К. Popov, М. Oshchepkov, S. Kamagurov, S. Tkachenko, Ju. Dikareva, G. Rudakova. Synthesis and properties of novel fluorescent - tagged polyacrylate - based scale inhibitors // Journal of Applied Polymer Science, 2017, vol. 134, iss 26, DOI:10.1002/app.45017, Импакт - фактор 1.6, SCOPUS

4. К. I. Popov, M. S. Oshchepkov, N. A. Shabanova, Yu. M. Dikareva, V. E. Larchenko, and E. Ya. Koltinova. DLS study of a phosphonate induced gypsum scale inhibition mechanism using indifferent nanodispersions as the standards of a light scattering intensity comparison // Int. J. Corros. Scale Inhib., 2018, 7, iss.1, 9-24; SCOPUS

Статьи в профильных журналах, не индексируемых в международных системах:

5. К. Popov, А. Boglovskiy, А Gorbunov, О Guseva, V.  Larchenko, and G. Rudakova. A Comparative Study of Phosphonate and Phosphorus-Free Antiscalant Efficiency by Static and Dynamic Methods. Do we have Reliable Tools for an Adequate Reagent Selection? //Recent Adv. Petrochem. Sci. 2017; 1(2): 555557.

6. Попов К.И., Тушева М.А., Ларченко В.Е. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНГИБИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ В ОТНОШЕНИИ КАРБОНАТНЫХ И СУЛЬФАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НОВЫХ И ТРАДИЦИОННЫХ ИНГИБИТОРОВ ПО МЕЖДУНАРОДНОМУ ПРОТОКОЛУ NACE. Энергосбережение и водоподготовка. 2017. № 6 (110). С. 14-20.

Тезисы докладов на отечественных и международных конференциях:

7. К.И.Попов, М.С.Ощепков. Изучение механизма процесса ингибирования солеотложений с применением современных методов физико-химического анализа. Сборник докладов VII Научно-Практической конференции «Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования» 25-26 октября 2017, Москва, Экспоцентр, стр.69-85; ISBN 978-5-9500839-0-7.

8. М.С.Ощепков, C.Д.Камагуров, С.В.Ткаченко, К.И.Попов. Ингибиторы солеотложений для водооборотных систем, содержащие флуоресцентную метку.  Сборник докладов VII Научно-Практической конференции «Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования» 25-26 октября 2017, Москва, Экспоцентр, стр.103-110. ISBN 978-5-9500839-0-7.

9. K. Popov, M. Oshchepkov, Y.Dikareva and S. Kamagurov. Some progress in scale inhibition mechanisms understanding, provided by a fluorescent visualization of Gypsum scale formation and a special dynamic light scattering technique. 8th European Chemistry Congress, June 21-23, 2018, Paris, France, Chem. Sci. Journal, 2018, vol. 9, p.74; DOI: 10.4172/2150-3494-C2-021

10. M. Oshchepkov, S. Kamagurov, S. Tkachenko, K. Popov. Design and synthesis of fluorescent-tagged scale inhibitors. 8th European Chemistry Congress, June 21-23, 2018, Paris, France, Chem. Sci. Journal, 2018, vol. 9, p.73; DOI: 10.4172/2150-3494-C2-021

Статьи, направленные в печать:

11. Maxim Oshchepkov, Semen Kamagurov, Sergei Tkachenko, Konstantin Popov, Anastasiya Ryabova. An Insight into the Mechanisms of the Scale Inhibition. A Case Study of a Novel Task-specific Fluorescent-tagged Scale Inhibitor Location on Gypsum Crystals. ChemNanoMat. Направлена в печать 28 ноября 2018; Manuscript ID: cg-2018-017675.

 
 
НЦ "МТХ"
Наши сотрудники
Новости
Фотогалерея
Контакты
Карта сайта
107564, Москва, ул. Краснобогатырская, д. 42, стр. 1
Тел.: (495) 983-58-88
Яндекс.Метрика
© НЦ «Малотоннажная химия»
Все права защищены