Повелители химических реакций

Передо мной на столе множество скляночек и пробирок. Содержимое одних напоминает «болтики», других — «кирпичики», третьих — многогранные «камешки», четвертых — мелкие «веточки»…. 

Скажу честно, впервые вижу, как выглядят промышленные катализаторы!
Сам термин помнит каждый по школьным урокам химии. Все знают, что катализаторы ускоряют химические процессы. На этом, пожалуй, познания обычного человека об этих необычных веществах заканчиваются. Между тем безграничное количество технологических процессов в современной промышленности происходит с их участием.
Новейшие достижения фундаментальных знаний действительно превратили катализ из науки «знаю как» в настоящее искусство, способное предвидеть свойства химических реакций и создавать на уровне молекулярного дизайна катализаторы с заданными ценными свойствами.
Об этом свидетельствует труд украинских ученых, в канун нового года отмеченный Государственной премией Украины в области науки и техники. Работа представлена Институтом физической химии имени Л. В. Писаржевского Национальной академии наук Украины (Киев). А в числе награжденных — двое харьковчан. Это заведующий кафедрой «Химическая технология неорганических веществ, катализа и экологии» Национального технического университета «ХПИ», доктор технических наук, профессор Алексей Лобойко и профессор той же кафедры, доктор технических наук Григорий Гринь.

Научные потомки Менделеева
Название работы «Новые катализаторы и гетерогенно-катали­тические процессы: развитие научных основ и использования в химии, нефтехимии и энергетике» звучит достаточно загадочно для человека непосвященного. 
Между тем катализу химики учились у живой природы, поскольку и она не обходится без непрерывных химических превращений. Ведь почти все реакции в живых организмах, в том числе и в нашем, благодаря участию биологических катализаторов протекают с достаточной скоростью. 
Науке известны тысячи катализаторов, несколько сот из них находят практическое применение. Важнейшие крупномасштабные химические производства базируются на применении катализаторов в наиболее ответственных процессах.
Надо сказать, что именно в Украине в свое время родились две самые мощные в СНГ научные школы по катализу. Одна — в Институте физической химии НАНУ и харьковская — на кафедре в ХПИ, зачинателем которой был выдающийся советский химик-технолог, лауреат Государственной премии СССР и Герой Социалистического Труда Василий Иванович Атрощенко.
В кабинете нынешнего заведующего кафедрой Алексея Яковлевича Лобойко можно увидеть уникальный графический портрет Дмитрия Ивановича Менделеева с собственноручным автографом великого создателя периодической системы химических элементов. Портрет бережно сохранил академик Атрощенко, а всех сотрудников кафедры можно считать научными потомками Менделеева. 
Свыше 130 лет тому назад, в сентябре 1885 года, Дмитрий Иванович рекомендовал в только что открывшийся Харьковский практический технологический институт одного из лучших своих учеников — Валерия Гемилиана. В числе первых кафедр института была и кафедра технологии неорганических веществ, которую возглавил  ученик и соратник великого Д. И. Менделеева. 
На портрете великий химик, как живой, рука вот-вот коснется листов бумаги, словно готова вписать новый элемент в знаменитую таблицу…

Наш размер — нанометры 
«Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно», — любил повторять Менделеев.
— Катализаторы могут быть твердыми, газообразными, даже жидкими. Но мы занимаемся в основном твердыми катализаторами. Это железо, хром, кобальт и другие, — рассказывает Григорий Гринь, выкладывая передо мной все новые и новые пробирки. — Катализаторы прессуются, шлифуются, загружаются в соответствующий аппарат вместе с химическими веществами и начинается процесс реакции. Мы не просто их создаем, мы их исследуем, доводим до промышленного внедрения. Сначала разрабатываем технологию их приготовления, затем технологию их внедрения, а также усовершенствуем их и создаем новые. Чем эффективнее катализатор, тем эффективнее идет промышленный процесс.
К примеру, при получении азотной кислоты на первой стадии аммиак нужно соединить с кислородом. И вот при окислении аммиака кислородом воздуха применяются платино-родиево-палладиевые катализаторы. Выглядит такой катализатор как тончайшая «сеточка» (невольно возникает аналогия с одноименными женскими колготками). Вы только представьте себе: на 1 квадратный сантиметр 1024 плетения! Сама нить 0,09 мм. Из этих нитей и плетется такая сеточка.
На кафедре с улыбкой говорят о модных (с недавнего времени) нанотехнологиях:
— А мы всю жизнь работаем на наноуровне, создаем каталитические системы с учетом наноразмерных эффектов! Наш размер — нанометры. Для нас это вовсе не новация, поскольку мы изначально работаем на уровне этих размеров. 
Кстати, один грамм платины, необходимой для создания такого катализатора, стоит 20 долларов, грамм родия — 30 долларов. А между ними — палладий, который тоже становится все дороже, потому что его стали широко применять в автодвигателях. И в каждом новом автомобиле — 1 грамм палладия (здесь данный катализатор применяется для очистки выхлопных газов от вредных веществ). 
Но мало создать катализаторы и поставить их на службу технологиям, важно, чтобы каждый из них действовал целенаправленно. Это и есть то, что химики именуют «селективностью». И это тоже научная проблема, которую следует решать в каждом конкретном случае. Благодаря харьковской научной школе, Украина не покупает все эти ценные катализаторы за валюту, а создает их из отечественного доступного и дешевого сырья.
Из отзыва коллеги — доктора химических наук Л. Я. Лейте (Рига, Латвия): «Следует отметить, что результаты фундаментальных исследований позволили не только сформулировать принципы подбора активных катализаторов, но и явились существенным вкладом в дальнейшее развитие теоретических представлений о механизме каталитических реакций. Ряд разработанных авторами технологий не имеет аналогов в мировой практике. Результаты исследований внедрены на предприятиях Украины и других стран бывшего СССР с общим экономическим эффектом, составляющим 12 млн. грн.».
А на кафедре уже заняты новыми перспективными разработками.
— Сегодня они направлены на решение экологических проблем, — подчеркивает профессор Алексей Лобойко. — Это борьба с различными промышленными выбросами. Их необходимо разлагать так, чтобы они потеряли свои вредные качества. Кстати, по выбросам на первом месте стоят предприятия энергетического комплекса, так как при сжигании любого топлива (угля, газа, мазута) происходит загрязнение атмосферы множеством веществ, вплоть до урана. Их надо улавливать и разлагать…
Катализ применяется и в ядерной энергетике.
Появилось новое направление — фотокатализаторы, когда с использованием солнечной энергии и света происходит превращение различных веществ.
Научная деятельность кафедры направлена на разработку новых и усовершенствование существующих технологий основного химического синтеза и каталитических процессов, в том числе в области защиты окружающей среды, природоохранных химических технологий, проводятся дальнейшие исследования в области нанотехнологий и наноматериалов.

***
В старом Технологическом корпусе ХПИ оконная рама, стекло и надпись на нем чудом пережили три войны — Первую мировую, Гражданскую и Вторую мировую; несколько революций... Вот уж, как говорится, построили предки на века!
Заведующий кафедрой «Химическая технология неорганических веществ, катализа и экологии» Алексей Лобойко не меняет окна в своем кабинете на модные стеклопакеты. 
Ведь на одном из окон сохранился необычный автограф! «Газообразный раствор. 7/XII.1909 года» и подпись лаборанта: «Т. Берг». 
Этой надписи на стекле, которая сделана сразу же после получения этого самого раствора в ходе лабораторных испытаний, больше ста лет! И время здесь словно замирает перед лицом вечного научного поиска, который будет продолжаться до тех пор, пока будет жить человечество.

Елена Зеленина.

Читайте также
Другие материалы рубрики