10.1 Лаборатория физико-химических процессов в энергетике Печать

Заведующий лабораторией, академик Предтеченский Михаил Рудольфович

Тематика лаборатории

  • Физико-химические процессы формирования композитных и гибридных наноструктурных материалов при воздействии лазерного излучения на вещество и введении универсальных наномодификаторов.

Физико-химические основы технологического использования сверхкритических водных (СКВ) флюидов для экологически чистой конверсии низкосортных топлив (НСТ) в водород, ценные углеводороды и тепло:

  • создание лабораторных установок и технологических схем конверсии НСТ в СКВ средах;
  • исследование механизмов и кинетики конверсии НСТ в СКВ и СКВ/О2 флюидах.

Физика кластеров и наночастиц:

  • разработка новых методов управляемого синтеза наночастиц оксидов металлов в СКВ средах;
  • исследование физико-химических свойств кластеров и наночастиц инструментальными и вычислительными методами.

Состав лаборатории

Должность,
ученая степень

Ф.И.О.
сл.тел.
вн. тел.
комн.
e-mail
зав. лаб.
академик
д.ф.-м.н.
Предтеченский Михаил Рудольфович 330-65-53 4-66 21п mpred(0)itp.nsc.ru
с.н.с.
к.ф.-м.н.
Бобренок Олег Филиппович 316-50-45 4-75 304э bobrenok(0)itp.nsc.ru
г.н.с.
д.ф.-м.н.
Булгаков Александр Владимирович 330-75-42 3-05
5-32
127
207э
bulgakov(0)itp.nsc.ru
ведущий
инженер
д.ф.-м.н.
Варламов Юрий Дмитриевич 330-67-37 3-26 128 varlamov(0)itp.nsc.ru
н.с. Дроздов Сергей Викторович 330-67-67 5-03
5-87
212
220э
 
инженер Кремлева Нина Иосифовна 316-50-45 4-04 304э  
ведущий
инженер
к.ф.-м.н.
Пуховой Максим Валерьевич   3-70 115э  
инженер Смаль Андрей Николаевич 330-67-37 3-26 128 smal(0)itp.nsc.ru
н.с.
к.ф.-м.н.
Старинский Сергей Викторович 330-75-42 5-32 207э  
инженер Тухто Олег Михайлович 335-65-97 5-20
4-75
22п
304э
tuhto(0)itp.nsc.ru
ведущий
инженер
Ульянкин Сергей Николаевич 316-50-45 5-80
3-70
304э
115э
 
слесарь МСР Шуликов Анатолий Сергеевич 330-67-67 3-85 303э  
гл.н.с.
профессор
член-корр. РИА
Востриков Анатолий Алексеевич 330-80-90 4-48 226 vostrikov(0)itp.nsc.ru
с.н.с.
к.ф.-м.н.
Дубов Дмитрий Юрьевич 330-67-67 5-03
5-87
212
220э
molebin(0)itp.nsc.ru
м.н.с. Сокол Михаил Яковлевич 330-67-67 5-87 220э
303э
falke2(0)mail.ru
в.н.с.
профессор РАН
д.х.н.
Федяева Оксана Николаевна 330-80-94 4-48
5-87
3-85
226
220э
229аэ
fedyaeva(0)itp.nsc.ru
с.н.с.
к.х.н.
Шишкин Андрей Валентинович 330-67-67 5-03
5-87
212
220э
andrshi(0)itp.nsc.ru
лаборант Илларионова Татьяна Александровна 330-67-67 5-03 212 zest__(0)mail.ru
ведущий
инженер
Толстокоров Вячеслав Евгеньевич 330-67-67 5-87 220э
303э
v.tolstokorov(0)ngs.ru

Основные публикации

2018 год:

  • Vostrikov A.A., Fedyaeva O.N., Shishkin A.V., Tretyakov D.S., Sokol M.Ya., Features of low-temperature oxidation of hydrogen in the medium of nitrogen, carbon dioxide, and water vapor at elevated pressure // Int. J. Hydrogen Energy, 2018, v. 43, p. 10469-10480.
  • Shishkin A.V., Sokol M.Ya., Dubov D.Yu., Fedyaeva O.N., Effect of a constant electric field on the structure of the oxide layer formed during zinc oxidation by supercritical H2O and H2O/CO2 fluids // J. Advanced Oxidation Technologies, 2018, v. 21, no 1, article ID – 20170049.

2017 год:

  • Starinskiy S.V., Shukhov Y.G., Bulgakov A.V. Laser-induced damage thresholds of gold, silver and their alloys in air and water // Applied surface science. – 2017. – 396. – P.1765-1774. – DOI:10.1016/j.apsusc.2016.11.221
  • Алексеев А.В., Дубов Д.Ю., Предтеченский М.Р. Влияние углеродных нанотрубок на механические свойства литого алюминия марки а5 // Перспективные материалы. – 2017. – №8. – С. 40-52.
  • Старинский С.В., Шухов Ю.Г., Булгаков А.В. Влияние размеров наночастиц на спектр экстинкции коллоидных растворов, полученных при лазерной абляции золота в воде // Квантовая электроника. – 2017. – Т. 47. – №4. – С. 343-346.
  • Fedyaeva O.N., Antipenko V.R., Vostrikov A.A., Heavy oil upgrading at oxidation of activated carbon by supercritical water-oxygen fluid // J. Supercritical Fluids, 2017, v. 126, p. 55-64.
  • Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A., Transformations of pyrite and pyrrhotite in supercritical water // Russ. J. Phys. Chem. B, 2017, v. 11, no 7, p. 1070-1077.
  • Vostrikov A.A., Fedyaeva O.N., Kolobov V.I. Conversion of tar in supercritical water-oxygen fluid with soot suppression // J. Engineering Thermophysics, 2017, v. 26, no 1, p. 1-9.

2016 год:

  • Krause B., Pötschke P., Ilyin E., Predtechenskiy M. Melt mixed SWCNT-polypropylene composites with very low electrical percolation // Polymer. – 2016. - Vol. 98. - P. 45 - 50.
  • Lebedev S.M., Gefle O.S., Amitov E.T., Ilin E.S., Bezrodny A.E., Predtechenskiy M.R. Conductive carbon nanotube-reinforced polymer composites and their characterization // IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. – 2016. - Vol. 23, No. 3. - P. 1723 - 1731.
  • Lebedev S.M., Gefle O.S., Amitov E.T., Predtechenskiy M.R., Bezrodny A.E. Electrical properties of carbon nanotube-reinforced polymer composites // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 685. - P. 569 - 573.
  • Vostrikov A.A., Shishkin A.V., Sokol M.Ya., Dubov D.Yu., Fedyaeva O.N., Conversion of brown coal continuously supplied into the reactor as coal-water slurry in a supercritical water and water-oxygen fluid // J. Supercritical Fluids, 2016, v. 107, p. 707-714.
  • Fedyaeva O.N., Antipenko V.R., Dubov D.Yu., Kruglyakova T.V., Vostrikov A.A., Non-isothermal conversion of the Kashpir sulfur-rich oil shale in a supercritical water flow // J. Supercritical Fluids, 2016, v. 109, p. 157-165.
  • Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A., The products of heavy sulfur-rich oil conversion in a counter supercritical water flow and their desulfurization by ZnO nanoparticles // J. Supercritical Fluids, 2016, v. 111, p. 121-128.
  • Vostrikov A.A., Fedyaeva O.N., Shishkin A.V., Sokol M.Ya., Kolobov F.I., Kolobov V.I., Partial and complete methane oxidation in supercritical water // J. Engineering Thermophysics, 2016, v. 25, no 1, p. 474-484.

2015 год:

  • Predtechenskiy M., Bezrodny A., Bobrenok O., Kochnev A., Kosolapov A., Krechetova N., Saik V. SWCNT vs MWCNT and nanofibers. Applications in Lithium-ion batteries and transparent conductive films // Advanced Materials: TechConnect Briefs. – 2015. - Vol. 1. - P. 115-117.
  • Morozov A.A., Evtushenko A.B., Bulgakov A.V. Gas-dynamic acceleration of laser-ablation plumes: Hyperthermal particle energies under thermal vaporization // Appl. Phys. Lett. – 2015. – Vol. 106, No. 5. – P. 054107 (5 pages).

2014 год:

  • Vostrikov A.A., Dubov D.Yu., Sokol M.Ya., Properties of nanostructured oxide formed during oxidation of a zirconium wire by supercritical water // Technical Physics Letters, 2014, v. 40, no 4, p. 284-287.
  • Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A., Sokol M.Ya., Shatrova A.V., Zinc sulfidation by H2S and H2S/H2O supercritical fluids: Synthesis of nanoparticles and catalytic effect of water // J. Supercritical Fluids, 2014, v. 95, p. 669-676.
  • Fedyaeva O.N., Shatrova A.V., Vostrikov A.A., Effect of temperature on bitumen conversion in a supercritical water flow // J. Supercritical Fluids, 2014, v. 95, p. 437-443.
  • Fedyaeva O.N., Antipenko V.R., Vostrikov A.A., Conversion of sulfur-rich asphaltite in supercritical water and effect of metal additives // J. Supercritical Fluids, 2014, v. 88, p. 105-116.

2013 год:

  • Morozov A.A., Evtushenko A.B., Bulgakov A.V. An analytical continuum-based model of time-of-flight distributions for pulsed laser ablation // Appl. Phys. A. – 2013. – Vol. 110, No. 3. – P. 691-696.

2012 год:

  • Varlamov Yu. D., Predtechenskii M. R., Ulyankin S. N. Interrelation of anode and cathode processes in electrochemical carbon oxidation in a fuel cell with molten carbonate electrolyte // Journal of Engineering Thermophysics. -  2012. – Vol. 21. -  Issue 1. – P. 16-27.

2011 год:

  • Бобренок О. Ф., Предтеченский М.Р. Разработка твердооксидного топливного элемента с пониженными рабочими температурами // Электрохимия. -  2011. - Т.  47, № 4. - С. 511–516.
  • Булгаков А.В. Синтез кластеров при импульсной лазерной абляции: Динамика и механизмы формирования // Lambert Academic Publishing, Saarbrücken, Germany. – 2011.- 270 c.  ISBN: 978-3-8443-5392-1.

2010 год:

  • Kjellberg M., Johansson O., Jonsson F., Bulgakov A.V., Bordas C., Campbell E.E.B., Hansen K. Momentum-map-imaging photoelectron spectroscopy of fullerenes with femtosecond laser pulses // Phys. Rev. A. – 2010. – Vol. 81, No. 2. – Article 023202 (9 pages).
  • Бобренок О.Ф., Предтеченский М.Р. Твердооксидные топливные элементы пленочными электролитами, полученными осаждением из газовой фазы // Электрохимия. – 2010. –Т. 46, № 7. - С. 849–856.
  • Булгаков А.В., Евтушенко А.Б., Шухов Ю.Г., Озеров И., Марин В. Импульсная лазерная абляция бинарных полупроводников: Механизмы испарения и генерация кластеров // Квантовая электроника. – 2010. – Т. 40, № 11. – С. 1021-1033.
  • Предтеченский М.Р., Варламов Ю.Д., Ульянкин С.Н. Удельные характеристики топливной ячейки на расплаве карбонатов при реализации электрохимического окисления твердых углеводородов // Электрохимия. – 2010. - T. 46, № 8. - C. 927–933.

2009 год:

  • Предтеченский М. Р., Тухто О. М., Коваль И. Ю. Плазмохимический реактор с расплавляемыми электродами: от исследований к новым технологиям // Химия высоких энергий. – 2009. - № 3. - С. 149-154.
  • Предтеченский М.Р., Варламов Ю.Д., Ульянкин С.Н., Дубов Ю.Д. Реализация прямой конверсии твердых углеводородов в топливной ячейке со свободным электролитом из расплава карбонатов // Теплофизика и аэромеханика. – 2009. – Т. 16. - № 4. - C. 649-660.

2007 год:

  • N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, Numerical study of gas-phase cluster synthesis under ns laser ablation // Proc. SPIE. – 2007. – Vol. 6732. – P. 67320G-1 – 67320G-9.
  • Предтеченский М.Р., Пуховой М.В., Смаль А.Н., Ууемаа А.О. Конверсия углей разной степени метаморфизма в сверхкритической воде в присутствии муравьиной кислоты // Теплофизика и аэромеханика. – 2007. – Т. 14, №3. – С.467-476.
  • Предтеченский М.Р., Тухто О.М., Коваль И.Ю. Плазмотрон с расплавляемыми электродами и плазмохимический реактор на его основе. // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2007. – №9.  С. 154-157.
  • Варламов Ю.Д., Мещеряков Ю.П., Предтеченский М.Р., Ульянкин С.Н. Особенности впитывания микрокапель двухслойными пористыми средами // ПМТФ. – 2007. – Т. 48, № 1. – С. 121-130.
  • Варламов Ю.Д., Мещеряков Ю.П., Лежнин С.И., Предтеченский М.Р., Ульянкин С.Н. Эволюция паровой каверны при взрывном вскипании жидкостей на пленочном микронагревателе: эксперимент и численное моделирование // ПМТФ. – 2007. – Т. 48, № 4. – С.79-87.
  • Варламов Ю.Д., Мещеряков Ю.П., Предтеченский М.Р., Лежнин С.И., Ульянкин С.Н. Особенности взрывного вскипания жидкостей на пленочном микронагревателе // ПМТФ. 2007. - Т. 48, № 2. - С.81-89.

2006 год:

  • Предтеченский М. Р., Тухто О. М. Плазмохимический реактор с жидкометаллическими электродами // Химия высоких энергий. - 2006. – Т. 40, №2. - С.1-6.

2004 год:

  • Bulgakov A.V., Ozerov I., Marine W. Silicon clusters produced by femtosecond laser ablation: Non-thermal emission and gas-phase condensation // Appl. Phys. A. – 2004. - Vol. 79, N. 4-6. - P. 1591-1594.
  • Bulgakova N.M., Bulgakov A.V., Babich L.P. Energy balance of pulsed laser ablation: Thermal model revised // Appl. Phys. A. – 2004. - Vol. 79, N 4-6. - P. 1323-1326.
  • Bykov N.Y., Bulgakova N.M., Bulgakov A.V., Lukianov G.A. Pulsed laser ablation of metals in vacuum: DSMC study versus experiment // Appl. Phys. A. – 2004. - Vol. 79, N 4-6. - P. 1097-1100.

2002 год:

  • N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova, Pulsed laser ablation of solids and critical phenomena, Appl. Surf. Sci., 2002, Vol. 197-198C, p. 89-92.
  • Predtechensky M.R., Varlamov Yu.D., Ul'yankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N.  Spreading and solidification of molten metal microdrops deposited on a substrate at moderate Weber numbers // J. Eng. Thermophys., 2002, Vol. 11, No. 1, P. 83–103.

2001 год:

  • Bulgakova N. M., Bulgakov A. V. Pulsed laser ablation of solids: Transition from normal vaporization to phase explosion // Appl. Phys. A. – 2001. - V. 73, № 2.  - P. 199-208.

2000 год:

  • Predtechensky M.R., Varlamov Yu. D., Ul'iankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N. Spreading and Solidification of Liquid Metal Droplets on a Substrate: Experiment, Analytical Model, and Numerical Simulation // International Journal of Microcircuits and Electronic Packaging – 2000. - V. 23. - № 4. - P. 386-392.

Дополнительная информация

Плазмотрон с жидкими металлическими контактами

Как известно, плазмотроны характеризуются высокой эффективностью преобразования электрической энергии в тепловую. Высокая температура пламени, отсутствие повышенных требований к используемому газу, высокая термическая эффективность делают плазмотроны идеально приспособленными для использования в различных технологических процессах, таких как конверсия природного газа, газификация угля и тяжелых углеводородов типа нефти, утилизация различных отходов, производство стали и других. Под воздействием электрической дуги происходит эрозия материала электродов плазмотрона, что ограничивает ресурс работы плазмотрона без замены катодно-анодной вставки на уровне 30-200 ч.

С целью увеличения ресурса работы была разработана конструкция плазмотрона, в котором в качестве электродов, анода и катода, используется металл в расплавленном состоянии. Плазмотрон состоит из двух реакционных камер, соединенных вихревой камерой, в которую подается плазмообразующий газ. В качестве плазмообразующего газа могут использоваться воздух, водяной пар или их смесь. В качестве электродов используется расплавленный металл, расположенный на дне реакционных камер. Под действием дуги происходит незначительное испарение металла, которое компенсируется добавлением металлического лома в ванну с жидким металлом. Добавление металла можно осуществлять в процессе работы плазмотрона. Таким образом, в разработанной нами конструкции ресурс работы практически неограничен. Оптимизация конструкции и режимов работы плазмотрона под конкретные задачи, такие как производство синтез газа из твердых, газообразных и жидких углеводородов, утилизация бытовых и промышленных отходов, позволит создать плазмотрон, с помощью которого можно решить эти задачи в промышленных масштабах.

Области возможного применения:

  • подсветка углей и розжиг угольных котлов;
  • газификация углей;
  • утилизация химических, бытовых и токсических отходов;
  • плазменная металлургия.


Основные параметры изготовленного лабораторного варианта плазмотрона:

  • Потребляемая электрическая мощность  – 150 – 200 кВт.
  • Плазмообразующий газ – аргон, воздух, CO2, водяной пар.
  • Расход плазмообразующего газа – 2 – 5 г/с.
  • Изготовленный плазмотрон испытан в качестве плазменного газогенератора. производительностью 20 – 40 кг синтез газ в час.

Основной недостаток существующих плазмотронов – ограниченный ресурс непрерывной работы, что связано с разрушением электродов. Представленный плазмотрон лишен этого недостатка.

Внешний вид плазмотрона

Работа сотрудников лаборатории поддерживается следующими грантами:

  • Грант РНФ (№ 14-19-00801): Разработка научно-технических основ сжигания низкосортных топлив в сверхкритической воде с целью получения высококалорийного топлива и создания распределенных систем производства тепловой и электрической энергии (рук. – Востриков А.А.)
  • Грант РНФ (№ 18-19-00165): Разработка научно-технических основ утилизации шлам-лигнина в сверхкритическом водокислородном флюиде воде (рук. – Федяева О.Н.)
  • Грант РФФИ (№ 12-08-00033): Механизмы конверсии биомассы и битумов в сверхкритической воде в высокоэффективные топлива (рук. – Востриков А.А.)
  • Грант РФФИ (№ 13-08-00119): Образование оксидных наночастиц и горючих газов при взаимодействии металлов со сверхкритическими флюидами на основе Н2О и СО2 в постоянном электрическом поле (рук. - Шишкин А.В.)
  • Грант РФФИ (№ 14-03-00055): Кинетика и механизмы сопряженных процессов гидрирования и окисления битумов в сверхкритической воде (рук. – Федяева О.Н.)
 
Яндекс.Метрика