Главная > Лаборатории > Лаборатория каталитических процессов
Лаборатория каталитических процессов
История
Лаборатория каталитических процессов была организована в 2011 году. С 2011 года по 2020 год лабораторией заведовал академик НАЕН РК, доктор химических наук, профессор Досумов Кусман Досумович. С 2020 года заведующей лаборатории является кандидат химических наук, профессор Ергазиева Гаухар Ергазиевна.
Описание лаборатории
Научно-исследовательская деятельность в области катализа и сорбции:
- Синтез новых и усовершенствование существующих каталитических нанокомпозитных материалов и сорбентов, в том числе пористых моно- и биметаллических нанесённых композиций.
- Определение каталитической активности и оптимизация условий работы гетерогенных катализаторов в процессах: парциальное окисление, углекислотная конверсия, термокаталитическое разложение алканов, дегидрирование, дегидратация спиртов, гидрирование диоксида углерода и др.
- Каталитические процессы при высоких давлениях (превращения синтез-газа, гидрирование CO₂ и др.).
- Изучение механизма каталитических реакций, определение структуры и реакционной способности активной поверхности твердых тел.
- Изучение окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств поверхности гетерогенных катализаторов и функциональных материалов с использованием методов (ТПД, ТПО, ТПВ).
Научно-исследовательская деятельность прикладного характера:
- Выполнение НИР по заказу научных и промышленных организаций (разработка функциональных материалов, сорбентов и катализаторов, измерение каталитической активности, сорбционной ёмкости и т. п., проведение исследований и испытаний на высокотехнологичном современном оборудовании).
Образовательная деятельность:
- Организация выполнения НИР фундаментального и прикладного характера в рамках научных исследований студентов, магистрантов и докторантов.
- Организация и проведение индивидуальных стажировок, семинаров для научных работников, преподавателей университетов, магистрантов и докторантов.
Научные достижения и публикации
1. Yergaziyeva G., Kuspanov Zh., Mambetova M.M., Khudaibergenov N.S., Makayeva N., Daulbayev C. Advancements in catalytic, photocatalytic, and electrocatalytic CO2 conversion processes: Current trends and future outlook. Journal of CO2 Utilization, 2024, Vol. 80, P. 102682. DOI
2. Yergazieva G., Mambetova M., Makayeva N., Serkebaev B., Diyarova B., Appazov N. Lithium containing sorbents based on rice waste for high-temperature carbon dioxide capture. Journal of Composites Science, 2024, Vol. 8(9), P. 376. DOI
3. Makayeva N., Yergaziyeva G., Soloviev S., Kutelia E., Nadaria L., Tsurtsumia O., Zhuginis B., Annisova M., Mambetova M., Dossumov K. Effects of cerium oxide on the activity of Fe-Ni/Al2O3 catalyst in the decomposition of methane. Inorganic Chemistry Communications, 2024, Vol. 10, P. 112047. DOI
4. Mambetova M.M., Dossumov K., Yergaziyeva G. The Influence of Mg, Na, and Li Oxides on the CO2 Sorption Properties of Natural Zeolite. Processes, 2024, Vol. 12(11), P. 2592. DOI
5. Mambetova M.M., Dossumov K., Yergaziyeva G. Sorbents Based on Natural Zeolites for Carbon Dioxide Capture and Removal of Heavy Metals from Wastewater: Current Progress and Future Opportunities. Processes, 2024, Vol. 12(10), P. 2071. DOI
6. Yergaziyeva G.E., Mambetova M.M., Dossumov K. Influence of preparation method on the activity of molecular sieve KA catalysts modified with zinc and phosphorus oxides in the non-oxidative thermocatalytic conversion of ethanol to aromatic hydrocarbons. South African Journal of Chemical Engineering, 2023, Vol. 43, P. 60. DOI
7. Yergaziyeva G.E., Makayeva N., et al. Effect of preparation method on the activity of bimetallic Ni-Co/Al2O3 catalysts for dry reforming of methane. Chemical Papers, 2021, Vol. 75, P. 2765. DOI
8. Yergaziyeva G.Y., Makayeva N., Shaimerden Zh., Soloviev S.O., Telbayeva M.M., Akkazin E.A. Catalytic Decomposition of Methane over Al2O3 Supported Mono- and Bimetallic Catalysts. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 2022, Vol. 17(1), P. 1. DOI
9. Mambetova M.M., Yergaziyeva G.Y., Dossumov K., Askaruly K., Seitkhan A., Bexeitova K., Anissova M.M., Baizhomartov B.B. Comparative Study of Physicochemical Characteristics and Catalytic Activity of Copper Oxide over Synthetic Silicon Oxide and Silicon Oxide from Rice Husk in Non-Oxidative Dehydrogenation of Ethanol. Chemengineering, 2022, Vol. 74(6), P. 1-16. DOI
10. Yergaziyeva G.Y., Dossumov K., Mambetova M.M., Strizhak P.E., Kurokawa H., Baizhomartov B.B. Effect of Ni, La, and Ce oxides on Cu/Al2O3 catalyst with low copper loading for ethanol non-oxidative dehydrogenation. Chemical Engineering and Technology, 2021, Vol. 44(10), P. 1890-1899. DOI
Патенты
1. Досумов К., Ергазиева Г.Е., Мылтыкбаева Л.К., Тельбаева М.М. Способ приготовления однокомпонентного кобальтсодержащего катализатора для получения синтез-газа углекислотной конверсии метана. Патент на полезную модель № 4324, 24.09.2019.
2. Досумов К., Ергазиева Г.Е., Мылтыкбаева Л.К. Способ приготовления полиоксидного катализатора для получения синтез-газа углекислотной конверсией метана. Патент на полезную модель № 5393, 25.09.2020.
3. Ергазиева Г.Е., Макаева Н., Анисова М., Елеуов М. Катализатор для получения водорода из метана. Патент на полезную модель № 6952, 18.03.2022.
4. Кутелия Е., Ергазиева Г.Е., Досумов К., Дзиграшвили Т., Джалабадзе Н. Монооксидный катализатор на основе гранулированного природного диатомита и способ его приготовления. Патент на изобретение № 2022/0290.1, 09.06.2023.
5. Ергазиева Г.Е., Мамбетова М.М., Анисова М., Макаева Н.М., Худайбергенов Н.С., Досумов К. Способ получения сорбента для улавливания углекислого газа. Патент № 8382, 25.08.2023.
6. Анисова М.М., Ергазиева Г.Е., Досумов К., Жугинис Б. Модифицированный катализатор для получения синтез-газа углекислотной конверсией метана. Патент на полезную модель № 9134, 17.05.2024.
Основные проекты и исследования
ISTC Project No. GE-2606: Development of Sorbents-Carriers, Catalysts, and Technology for Utilization of Methane and Carbon Dioxide Greenhouse Gases
Сроки реализации: 2021–2023
Цели: Разработка носителей сорбента и каталитических систем с заданными свойствами селективного действия для утилизации парниковых газов (CO₂ и CH₄) и получения синтез-газа в качестве ценного конечного продукта. Определение эффективных технологических режимов процесса конверсии и выявление взаимосвязи физико-химических характеристик разработанных сорбентов-носителей и катализаторов (на новых носителях, полученных из термостабильного сырья как природного, так и искусственного происхождения), с их адсорбционными и каталитическими свойствами в процессе конверсии углекислого газа метана в синтез-газ.
Результаты: Разработан новый состав низкопроцентного никельсодержащего катализатора, промотированного оксидами переходных элементов и РЗЭ, нанесённого на природный цеолит (диатомит) и синтетический оксид алюминия для утилизации парниковых газов CO₂ и CH₄. Разработана технология получения сорбентов из природных цеолитов и катализатора на их основе. Установлены технологические режимы процесса утилизации парниковых газов (CO₂ и CH₄) в синтез-газ в присутствии никельсодержащего катализатора, нанесённого на природный цеолит (диатомит) и оксид алюминия. Получены новые знания по разработке гранулированных сорбентов/носителей на основе природных цеолитов. По результатам работ опубликованы 6 статей, результаты проекта представлены в виде доклада на 6 международных конференциях, получен 1 патент РК на изобретение.
АР14869034: Научно-практические аспекты разработки сорбентов и катализаторов для улавливания и метанирования парникового газа-диоксида углерода
Сроки реализации: 2022–2024
Цели: Разработка новых, научно-обоснованных сорбентов CO₂ и эффективных катализаторов метанирования, использование их в сорбционно-каталитическом процессе концентрирования CO₂ и синтеза метана путём гидрирования углекислого газа.
Результаты: Разработан новый состав высокотемпературных сорбентов для улавливания CO₂. Показано, что сорбенты обладают хорошей сорбционной ёмкостью по CO₂: 10 мас.% Li₂O + 1,5 мас.% Na₂O/Al₂O₃-К: ηCO₂ = 38,6% (при 400°C), 10 мас.% Li₂O + 1 мас.% K₂O/Al₂O₃-Н: ηCO₂ = 36,7% (при 400°C), 10 мас.% Li₂O + 1 мас.% K₂O/SiO₂ (RH)-К: ηCO₂ = 36,0% (при 500°C). Модифицирование 10Li/SiO₂ карбонатом калия приводит к образованию активной фазы Li₄SiO₄, способной эффективно сорбировать CO₂. Модификация сорбента K₂CO₃ способствует увеличению пористости и удельной поверхности с 40 до 120 м²/г. Разработан новый состав катализатора для гидрирования CO₂ в метан. По активности в получении метана катализаторы расположены в ряду: 5 мас.% NiO/CeO₂-Al₂O₃ (53,0 об.%) > 5 мас.% NiO/CeO₂-Al₂O₃ (41,5 об.%) > 5 мас.% NiO/Al₂O₃ (2,1 об.%). Катализатор 5% NiO/CeO₂-Al₂O₃ проявляет более высокую активность благодаря увеличению удельной поверхности и улучшению восстановительных свойств за счёт CeO₂. Разработан циклический сорбционно-каталитический процесс в лабораторных условиях. Для тестирования разработанных сорбентов и катализаторов изготовлена двухреакторная установка. По результатам работ опубликованы 3 статьи, 1 монография, результаты представлены на 4 международных конференциях, получен 1 патент РК.
Перспективные разработки и инновации
Разработан катализатор 0,5% ДС2 NiLa/γ-Al₂O₃, предназначенный для парциального окисления метана в синтез-газ. В лабораторных условиях (Тр=750°C, W=1000 ч⁻¹, CH₄:O₂=2:1) катализатор демонстрировал стабильную работу в течение 160 часов без потери активности. При этом достигнута высокая конверсия метана (98 %) и выходы водорода (49 %) и оксида углерода (30,5 %). Для подтверждения эффективности в промышленных условиях требуется проведение испытаний с реальным сырьём.
Команда
Досумов Кусман – доктор химических наук, профессор, научный консультант.
Научные интересы: Катализ, переработка углеводородов.
Достижения: Член-корреспондент Национальной Инженерной Академии РК, академик Национальной академии естественных наук РК. Автор более 550 научных работ, включая более 30 статей в международных журналах (Faraday Discussions, Catalysis Today и др.). h-индекс: 8.
Контакты: dossumov50@mail.ru
Ергазиева Гаухар Ергазиевна – кандидат химических наук, профессор, главный научный сотрудник, заведующая лабораторией.
Научные интересы: Изучение механизмов каталитических процессов, разработка катализаторов для переработки углеводородного сырья (метан, пропан-бутан, бензол, толуол, ксилол, этанол), разработка сорбентов и бифункциональных материалов для улавливания и переработки CO₂.
Достижения: Заместитель главного редактора журнала «Горение и плазмохимия», член Национального совета «Интеллектуальный потенциал страны», победитель партийного проекта «Томирис» 2024 года. Автор более 200 публикаций, включая 20+ статей в журналах Scopus и Web of Science, 4 монографий, 12 патентов. h-индекс: 8 (Scopus).
Контакты: +77073143584, ergazieva_g@mail.ru
Анисова Молдир Муратбековна – PhD, ведущий научный сотрудник.
Научные интересы: Гетерогенный катализ, экология, переработка природного и попутного нефтяного газов, утилизация парниковых газов.
Достижения: Прошла стажировку в Институте углехимии и химического материаловедения ФИЦ УУХ СО РАН (Кемерово, Россия). Автор более 150 публикаций. h-индекс: 4 (Scopus), 5 (Web of Science).
Контакты: +77072051018, telbaeva.moldir@yandex.kz
Мамбетова Мәншүк Мұратқызы – PhD, старший научный сотрудник.
Научные интересы: Экология, каталитическая конверсия биоэтанола, катализ, улавливание CO₂.
Достижения: Защитила PhD по теме «Конверсия этанола на оксидных катализаторах». Прошла стажировку в Кызылординском университете им. Коркыт ата. Автор более 40 публикаций. h-индекс: 4 (Scopus).
Контакты: +87474024052, mambetova_manshuk@list.ru
Мылтыкбаева Лаура Каденовна – PhD, старший научный сотрудник.
Научные интересы: Гетерогенный катализ, окисление алканов.
Достижения: Прошла стажировку в университете Сайтама (Япония). Автор более 70 публикаций. h-индекс: 6 (Scopus).
Контакты: +87079543483, laura.kaden@mail.ru
Макаева Нұрсая Мейрамқызы – PhD, младший научный сотрудник.
Научные интересы: Экология, каталитическая конверсия метана, катализ, водород.
Достижения: Прошла стажировку в Республиканском центре структурных исследований (Тбилиси, Грузия). Автор более 15 публикаций. h-индекс: 3 (Scopus).
Контакты: +87712835367, nursaya.1996.mk@mail.ru
Жүгинис Бекмұхамет Абылқасымұлы – магистрант, лаборант.
Научные интересы: Экология, катализ, высокоэффективная жидкостная хроматография.
Достижения: h-индекс: 1 (Scopus).
Контакты: +87472006420, zhuginis010502@mail.ru
Научное оборудование и технологии
Анализатор хемосорбции УСГА-101: Предназначен для анализа твердых материалов, в частности, сорбентов, носителей, катализаторов методом хемосорбции специфических молекул-зондов NH₃, CO₂, H₂, O₂ и др. Исследования проводятся в режиме программирования температуры. Позволяет определять количество и силу кислотных (основных) центров, энергии активации десорбции, дисперсность металлов, температуры окисления или восстановления частиц на поверхности носителя.
Автоматизированная проточная каталитическая установка ПКУ-1: Предназначена для испытания катализаторов в различных процессах (окисление, гидрирование, дегидратация и др.) в интервале температур 100–830°C при атмосферном давлении.
Хроматограф ГХ-1000: Предназначен для определения углеводородов бензинового ряда (до C₁₃) и октанового числа.
Хроматограф Хромос ГХ-1000: Предназначен для качественного и количественного анализа спиртов, кислот, альдегидов, ароматических углеводородов в жидком образце.
Хроматограф Хромос ГХ-1000: Предназначен для качественного и количественного анализа кислорода, водорода, азота, оксидов углерода, алканов, алкенов в образце.
Сорбционно-каталитическая двухреакторная установка (СКУ): Предназначена для тестирования твердых образцов в одном или разных реакторах, соединённых между собой, в интервале температур 50–850°C, давления до 20 атм, с различными потоками газа.
Анализатор вольтамперометрический АВА-3: Предназначен для измерения концентрации особо опасных химических элементов (кадмий, свинец, медь, ртуть, мышьяк, йод, таллий, селен и др.) на уровне ПДК и ниже в объектах окружающей среды, воде, атмосфере, почве, пищевых продуктах, биообъектах, лекарственных препаратах.
Жидкостной хроматограф: Применяется для определения сахарина, кофеина, аспартама в безалкогольных напитках. Налаживаются анализы ароматических углеводородов в воде и синтетических красителей в напитках с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Шаровая мельница: Предназначена для измельчения твердых образцов.
Партнёрские связи и совместные проекты
Лаборатория каталитических процессов поддерживает обширные международные и региональные научные связи с ведущими научными организациями из США, Италии, Финляндии, России, Белоруссии, Украины, Грузии, а также активно участвует в совместных проектах.
Международные партнёры:
- Columbia University, Earth and Environmental Engineering Department, New York, США (Prof. Robert Farrauto): Обмен информацией и консультации в области разработки катализаторов.
- Saitama University, Graduate School of Science & Engineering, Saitama, Japan (Associate Prof. Hideki Kurokawa): Стажировка сотрудника (Мылтыкбаева Л.К.), совместные публикации, защита диссертации.
- Åbo Akademi University, Финляндия (Prof. Dmitry Yu. Murzin): Стажировка сотрудника (Тайрабекова С.), совместные исследования, публикации.
- Institute of Science and Technology for Sustainable Energy and Mobility, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Napoli, Италия (Prof. Stefano Cimino): Обмен информацией, консультации по разработке сорбентов и катализаторов для улавливания и утилизации CO₂.
- Georgian Technical University, Грузия (Prof. E. Kutelia): Совместный проект МНТЦ GE-2606 (2021–2023), обмен опытом, публикации, патенты, стажировка сотрудника (Макаева Н.М.).
- Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск, Россия (д.х.н., проф. З.Р. Исмагилов): Стажировка сотрудника (Анисова М.М.), защита диссертации.
- Институт физической химии им. Л.В. Писаржевского НАН Украины, Киев (д.х.н., проф. С.Н. Орлик, д.х.н. С.А. Соловьёв, П.С. Стрижак): Защита диссертации сотрудника (Мамбетова М.М.).
- Кызылординский университет им. Коркыт ата, Кызылорда, Казахстан (к.х.н., проф. Аппазов Н.О., PhD Акылбеков Н.И.): Совместные исследования в области улавливания диоксида углерода.
- Казахский агротехнический исследовательский университет им. С. Сейфуллина, Астана, Казахстан (к.т.н., доцент Бекбаев К.С.): Совместные исследования в области получения биоводорода.
Участие в Международной конференции: посвященной 100 летию Г.К. Борескова (2017 год) С лева на право: директор ТОО «Биксалф»-Хайрулин С.Р., д.х.н., профессор- Досумов К., Академик РАН, директор Института углехимии и химического материаловедения СО РАН, г. Кемерово -
Обсуждение результатов диссертации Мылтыкбаевой Лауры с профессором университета Сайтама (Япония), HidekiKurokawa (2014 год) С лева на право: г.н.с., к.х.н.-Ергазиева Г.Е., профессор- HidekiKurokawa, PhD докторант-Мылтыкбаева Л.К. и Исмагилов З.Р., г.н.с., к.х.н.-Ергазиева Г.Е., к.х.н.-Досумова Б., к.х.н-Суюнбаев У.С.
Выполнение исследовании по теме диссертации (2020 г). PhD-доктор АнисоваМолдир прошла 2-х месячную стажировку в Федеральном исследовательском центре угля и углехимии СО РАН, Кемерово (Россия)
Обсуждение результатов анализов по диссертации Мамбетовой М.М., проведенных в лаборатории инженерного профиля «Физико-химичексих методов исследования» Кызылординского университета им.Коркыт-ата (2021 г). С лева на право: PhD доктор-Мамбетова М.М., директор Института химических исследований и технологий и профессор кафедры «Экология и химические технологии» КГУ им. КоркытАта. –Аппасов Н., и докторанты.
Награды и признание
Досумов К. Награждён нагрудным знаком «Ғылымды дамытуға сіңірген еңбегі үшін».
Ергазиева Г.Е. Награждена грамотами «Алғыс», «Құрмет» Министерства высшего образования и науки Республики Казахстан.
Анисова М.М. Награждена грамотами «Алғыс», «Құрмет».
Иная информация
Лаборатория каталитических процессов активно работает над разработкой инновационных катализаторов и сорбентов для утилизации парниковых газов, переработки углеводородного сырья и решения экологических задач, стремясь к внедрению своих разработок в промышленность.