Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук: инновационная направленность, практическое применение результатов, перспективы научных исследований Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Вестник ДВО РАН. 2023. № 6

Научная статья УДК 001.89

DOI: 10.37102/0869-7698_2023_232_06_3 EDN: VZBHZN

Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук: инновационная направленность, практическое применение результатов, перспективы научных исследований

Д.В. Маринин, С.В. Гнеденков

Дмитрий Владимирович Маринин кандидат химических наук, ученый секретарь Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия [email protected]

Сергей Васильевич Гнеденков

член-корреспондент РАН, доктор химических наук, директор Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия [email protected] http://orcid.org/0000-0003-1576-8680

Аннотация. Статья представляет собой краткий обзор истории, структуры, научных направлений и результатов, полученных в Институте химии Дальневосточного отделения Российской академии наук, прежде всего ориентированных на практическую реализацию исследований и разработок, с дня его основания в 1971 г.

Ключевые слова: Институт химии ДВО РАН, история, научные направления и результаты, инновации и практическая реализация исследований и разработок

Для цитирования: Маринин Д.В., Гнеденков С.В. Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук: инновационная направленность, практическое применение результатов, перспективы научных исследований // Вестн. ДВО РАН. 2023. № 6. С. 38-44. http://dx.doi.org/10.37102/0869-7698_2023_232_06_3.

© Маринин Д.В., Гнеденков С.В., 2023

Original article

Institute of Chemistry of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences: innovation trend, practical implementation of results and prospects of scientific research

D.V. Marinin, S.V. Gnedenkov

Dmitry V. Marinin

Candidate of Sciences in Chemistry, Scientific Secretary Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok, Russia [email protected]

Sergey V. Gnedenkov

Corresponding Member of RAS, Doctor of Sciences in Chemistry, Director Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok, Russia [email protected] http://orcid.org/0000-0003-1576-8680

Abstract. The paper comprises a brief overview of the history, structure, scientific directions, and research results of the Institute of Chemistry (Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences) with a focus on practical implementation of developments since the Institute foundation in 1971.

Keywords: Institute of Chemistry FEB RAS, history, scientific directions and results, innovation and practical implementation of results and developments

For citation: Marinin D.V., Gnedenkov S.V. Institute of Chemistry of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences: innovation trend, practical implementation of results and prospects of scientific research. Vestnik of the FEB RAS. 2023;(6):38-44. http://dx.doi.org10.37102/0869-7698_2023_232_06_3.

Институт химии Дальневосточного научного центра АН СССР организован во Владивостоке с 1 июля 1971 г. на базе Отдела химии ДВНЦ АН СССР в соответствии с решением Коллегии Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике от 12 февраля 1971 г. № 10 и Постановлением Президиума Академии наук СССР (от 10.06.1971 г. № 516). Директором института был избран член-корреспондент АН СССР Юрий Владимирович Гагаринский, выдающийся ученый в области химии и физикохимии фторидных материалов.

Основные научные направления института включали: 1) разработку основ химической технологии комплексного использования минеральных ресурсов Дальнего Востока, в том числе химических ресурсов моря; 2) разработку методов извлечения цветных металлов, редких и рассеянных элементов и их соединений, прежде всего из минералов и руд Тихоокеанского рудного пояса; 3) изучение химии неорганических микро- и макрокомпонентов морской воды и возможных методов их рационального извлечения; 4) изучение простых и комплексных

соединений редких элементов, их кристаллических структур и химических связей методами радиоспектроскопии и другими физическими методами; 5) использование полученных данных для разработки методов синтеза неорганических материалов с заданными свойствами.

Научно-методическое руководство институтом было возложено на Отделение физикохимии и технологии неорганических материалов АН СССР (ныне Отделение химии и наук о материалах Российской академии наук).

С реорганизацией Дальневосточного научного центра в 1987 г. ИХ вошел в состав Дальневосточного отделения АН СССР. В декабре 1991 г. в связи с созданием Российской академии наук (РАН) институт входит в состав Дальневосточного отделения РАН.

В процессе реализации реформы Российской академии наук институт перешел под оперативное руководство Федерального агентства научных организаций (приказ ФАНО России от 17 ноября 2014 г. № 1030), с 2018 г. - Министерства науки и высшего образования РФ.

Директор-организатор института член-корреспондент АН СССР Юрий Владимирович Гагаринский придавал большое значение использованию физических методов в химических исследованиях, подготовке соответствующих специалистов. За сравнительно небольшой срок он смог создать сплоченный, целеустремленный творческий коллектив ученых, обладающих глубокими профессиональными знаниями.

В последующие годы директорами Института химии были: член-корреспондент АН СССР Евгений Георгиевич Ипполитов (1977-1983 гг.), член-корреспондент РАН Виктор Юрьевич Глущенко (1984-1990 и 1995-2002 гг.), член-корреспондент РАН (академик с 1997 г.) Вячеслав Михайлович Бузник (1990-1995 гг.), академик Валентин Иванович Сергиенко (2002-2017 гг.).

В настоящее время директором института является член-корреспондент РАН, профессор Сергей Васильевич Гнеденков (с 26 апреля 2018 г.), научным руководителем - академик РАН Валентин Иванович Сергиенко (с 24 августа 2023 г.).

Структура научных подразделений ИХ ДВО РАН включает 4 отдела, 18 лабораторий (входящих в состав отделов и в качестве отдельных подразделений), 2 группы исследователей, Инженерно-технологический центр и Дальневосточный центр структурных исследований, а также Морскую коррозионную станцию.

Морская коррозионная станция Института химии ДВО РАН (о-в Русский, Японское море) в настоящее время является единственной действующей научно-исследовательской станцией в России, находящейся у морского побережья вод среднеокеанического состава. Станция располагает:

• атмосферной испытательной площадкой, находящейся на расстоянии 5 м от уреза воды;

• водным стационарным морским коррозионным стендом емкостью около 5 тыс. образцов. Стенд представляет собой железобетонную платформу на шпунтовых опорах, с глубиной моря 5-7 м, отстоящую от берега на 60 м и соединенную с ним железобетонной эстакадой;

• базой информационных ресурсов, основанной на многолетних стационарных мониторинговых наблюдениях состояния климата и морской среды;

• оборудованием для коррозионных исследований, гидрохимического анализа морской воды и атмосферных осадков. Метеонаблюдения осуществляются цифровой автоматической метеостанцией WS2500.

ИХ ДВО РАН выступает с инициативой создания «Национального центра морских и климатических испытаний» на базе коррозионной станции института в интересах авиационной, морской, нефтегазовой и других отраслей промышленности и организации полномасштабных морских испытаний, включая глубоководные и океанические, с привлечением институтов ДВО РАН и других российских научных организаций. Инициатива поддержана Правительством Приморского края, администрацией г. Владивостока, ВНИИА Росатом, Государственным научным центром Российской Федерации АО «Концерн "Морское подводное оружие-Гидроприбор"» (АО «Концерн "МПО-Гидроприбор"»), командованием Тихоокеанского флота. О необходимости создания такого центра указано в поручении заместителя председателя Правительства Российской Федерации Д.Н. Чернышенко.

Институты Дальневосточного отделения - предполагаемые участники консорциума: Институт химии ДВО РАН (ИХ ДВО РАН); Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН (ННЦМБ ДВО РАН); Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН (ТИБОХ ДВО РАН); Институт проблем морских технологий ДВО РАН (ИПМТ ДВО РАН); Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН (ТОИ ДВО РАН); Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН (ИАПУ ДВО РАН). Пять из шести институтов (кроме ИАПУ ДВО РАН) имеют собственные экспериментальные стационарные станции на побережье Японского моря.

Другие российские организации - предполагаемые участники консорциума: ФГУП ВИАМ, Геленджикский центр климатических испытаний (ГЦКИ ВИАМ им. Г.В. Акимова), Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрум-кина, НИЦ Курчатовский институт - ЦНИИ КМ «Прометей».

На 15.08.2023 г. общая штатная численность (без совместителей) 241 человек, в том числе 128 научных работников, с совместителями - 281, в том числе 150 научных работников. Число молодых научных сотрудников в возрасте до 35 лет составляет более 40 % от общего числа научных сотрудников ИХ ДВО РАН.

Основное научное направление института - фундаментальные исследования физико-химических проблем направленного синтеза веществ и создания на их основе функциональных материалов с уникальными свойствами, перспективных для морских технологий и техники; развитие теоретических основ комплексного использования техногенного и природного сырья Дальнего Востока, включая ресурсы моря.

Тематики исследований и разработок объединяются в группы:

1) технологии плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО);

2) научные основы и технологии переработки радиоактивных отходов (РАО);

3) материалы для химических источников тока и энергоемкие материалы - молодежная лаборатория функциональных и электрохимическиактивных материалов (создана в 2019 г.);

4) технологии извлечения и производства ценных компонентов (золота, графита, диоксида титана и др.) из техногенных отходов и природного сырья;

5) технологии сорбции и флокуляции для очистки питьевой воды и техногенных отходов;

6) технология газодинамической термодеструкции (УПТФЭ - ультрадисперсный политетрафторэтилен);

7) материалы и технологии для биомедицины;

8) гибридные и прочие многофункциональные наноматериалы на основе полисахаридов и других полиэлектролитов биологического происхождения;

9) материалы и технологии для экологического мониторинга;

10) новые перспективные вещества, материалы, процессы (фундаментальные и поисковые исследования).

Важнейшие научные результаты

Конкретные научные результаты исследований и разработок за последние 10 лет (как фундаментальные, так и имеющие инновационный потенциал - готовые к практическому применению) публикуются на сайте ДВО РАН в разделе «Информационные ресурсы»: Отчеты о научной и научно-организационной деятельности ДВО РАН. URL: http://www.febras.ru/informatsionnye-resursy/57-informatsionnye-resursy/otehjoty-o-nauchnoj-i-nauchno-organizatsionnoj-deyatelnosti/985-otchety-o-nauchnoj-i-nauchno-organizatsionnoj-deyatelnosti-dalnevostochnogo-otdeleniya-ran. html

Важнейшие результаты, имеющие перспективы практического применения (инновационные)

Большинство исследований, реализуемых в Институте химии ДВО РАН, имеют перспективы практического применения. Ниже приведены исследования и разработки, непосредственно связанные с практическим применением и удостоенные премий Правительства РФ в области науки и техники, с указанием сотрудников ИХ ДВО РАН в составе авторских коллективов.

Премия 1997 г «Физико-химические основы, научно-техническое исследование и практическая реализация технологии микродугового оксидирования металлов и сплавов в судостроении и судоремонте». Члены коллектива авторов от ИХ ДВО РАН: В.Ю. Глущенко, С.В. Гнеденков, ПС. Гордиенко, В.И. Сергиен-ко, О.А. Хрисанфова. Другие организации - участники коллектива - ЦНИИ КМ «Прометей»; АО «Дальневосточный завод "Звезда"».

Премия 2013 г. «Получение производных хитина и препаратов на их основе для применения в сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности и биотехнологии». Член коллектива авторов от ИХ ДВО РАН - С.Ю. Братская. Другие организации - участники коллектива - ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН; Центр «Биоинженерия» РАН; ВНИТИ биологической промышленности РАСХН; ГНИИ особо чистых биопрепаратов ФМБА; Красноярский ГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого.

Целый ряд инновационных разработок прошли полный цикл от фундаментальных исследований до практического применения, в том числе в промышленном масштабе. Примеры:

Научные основы переработки радиоактивных отходов. Разработаны технологии производства сорбционных материалов и ионообменных смол, применяемых для селективного извлечения долгоживущих радионуклидов из жидких радиоактивных отходов (ЖРО) экстремально сложного состава (в том числе содержащих морскую воду). На основании разработанных технологий создано производство новых материалов в промышленном масштабе (ДВЦ «ДальРАО» - филиал ФГУП «РосРАО» Росатома РФ), что позволило совершить прорыв в решении проблем переработки ЖРО на объектах Тихоокеанского флота РФ. Материалы прошли успешные испытания на реальных образцах ЖРО с различных объектов атомной индустрии РФ, а также загрязненных жидких сред с территории АЭС Фукусима-1 (Япония).

Работы в области переработки ЖРО ТОФ были начаты в 1993 г. В 2012 г. было объявлено об успешной переработке последней тонны «проблемных» ЖРО на Дальнем Востоке РФ.

Технологии защиты функциональных и конструкционных материалов от коррозионных и механических разрушений. Разработаны и внедрены в судостроительную и судоремонтную отрасль многофункциональные покрытия на титановых сплавах, разработаны уникальные промышленно востребованные технологии формирования на сплавах алюминия, титана, магния, композиционных покрытий, обладающих антикоррозионными, противоизносными и супергидрофобными свойствами, а также эффектом самовосстановления после механического повреждения поверхности (self-healing coatings). Научные разработки ИХ ДВО РАН по формированию композиционных полимерсодержащих покрытий, полученных с использованием ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ) для восстановления различных узлов судовых энергетических установок, вышедших из строя в результате эксплуатации, внедрены в 2015 г. на АО «ДВЗ "Звезда"» - построена опытно-промышленная установка.

Методы и технологии очистки питьевой воды. Разработанная в институте технология очистки воды с помощью метода «флокуляция в потоке» успешно реализована в самом крупном масштабе для обеспечения чистой питьевой и технологической водой пос. Лучегорск и находящегося в нем основного энергетического предприятия Приморского края - Приморской ГРЭС.

Продукты под торговой маркой FORUM™ (11 наименований). Налажено товарное производство антифрикционной противоизносной высокотемпературной добавки к маслам и смазкам на основе ультрадисперсного и наноразмерного политетрафторэтилена (ПТФЭ), вышедшего на рынок автохимии под торговой маркой FORUM™. Это единственная добавка к маслам и смазкам, допущенная Министерством обороны РФ к применению при эксплуатации военной техники.

Работы в рамках проектов «Сахалин-1» и Сахалин-2». Уже более 12 лет (с 2010 г.) ИХ ДВО РАН проводит научно-исследовательские работы для шель-фового проекта «Сахалин-2». Работы направлены на обеспечение технологической и экологической безопасности при добыче и транспортировке нефти и газа в проекте «Сахалин-2» с внедрением новых технологий использования современных физико-химических методов анализа (хроматографии и масс-спектрометрии, рентгеновских методов). С 2023 г. заключен контракт на проведение научно-исследовательских работ для шельфового проекта «Сахалин-1».

Следует отметить, что в условиях санкций и жесткой конкуренции работы в рамках обоих проектов успешно продолжаются. Ежегодно заключаются хозяйственные договоры в среднем на 12-15 млн р., план на 2023 г. - не менее 15 млн р.

Другие материалы и работы, выполняемые с упором на практическое применение, находятся на различных стадиях реализации. Приводим далеко не окончательный их перечень:

- Люминесцентные смарт-материалы для сенсорики, записи и хранения информации - триболюминофоры на основе комплексных соединений лантанидов для регистрации в реальном времени (in situ) повреждений в критических объектах.

- Производство и применение гидрофобных сорбентов для очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, в том числе с использованием природных полиэлектролитов.

- Технология синтеза наноструктур диоксида титана в модификации бронз, до-пированного различными элементами, с целью получения материалов электродов нового поколения для литий- и натрий-ионных аккумуляторов.

- Глубокая очистка питьевой и технологической воды, включая автономные мобильные установки получения питьевой воды из различных источников в условиях чрезвычайных ситуаций.

- Извлечение золота из хвостов флотации графитоносных пород; получение высокочистого графита.

- Малоотходная природоохранная технология извлечения благородных металлов из техногенных россыпей с одновременной демеркуризацией.

- Фторидная технология получения пигментного диоксида титана из ильмени-тового концентрата.

- Получение аморфного SiO2 из плодовых оболочек риса, гречихи и других сельскохозяйственных культур.

- Производство модифицирующих добавок, смещающих спектр солнечного излучения в полимерных пленках, для ускорения процессов созревания в теплицах и парниках.

- Производство и внедрение вихревых влагомаслоотделителей для очистки сжатого воздуха.

- Обезвреживание и утилизация отходов гальванических производств.

Институт химии ДВО РАН входит в число лидеров среди научно-образовательных организаций Дальнего Востока - получателей грантов Российского научного фонда (РНФ) со времени его создания в 2014 г.

В настоящее время в Институте реализуется 14 грантов РНФ с финансированием 104,5 млн р., полученным по состоянию на 01.08.2023 (финансирование завершенных грантов не включено).

Необходимо отметить публикации, наиболее информативные в отношении истории развития Института химии ДВО РАН (Института химии Дальневосточного филиала Сибирского отделения АН СССР), а также публикации, содержащие сведения о важнейших результатах, имеющих перспективы практического применения (инновационных), о становлении важнейшего физического метода исследований новых материалов, разрабатываемых в институте (ЯМР), и роли директора-организатора (члена-корреспондента АН СССР Ю.В. Гагаринского) в этом процессе:

Блищенко Н.С., Бутенко Т.Ю., Хмельницкая Т.Т. К 40-летию Института химии ДВО РАН // Вестн. ДВО РАН. 2011. № 5. С. 3-23.

Давидович Р.Л. Воспоминания ученого-химика // Вестн. ДВО РАН. 2019. № 6. С.136-151.

Давидович Р.Л. Координационные фторидные соединения металлов с аминокислотами - новый класс комплексных фторидов металлов // Вестн. ДВО РАН. 2021. № 5. С. 9-32.

Кавун В.Я., Сергиенко В.И. Развитие ЯМР-исследований в Институте химии ДВО РАН // Вестн. ДВО РАН. 2019. № 6. С. 136-151.

Научно-технические разработки Дальневосточного отделения РАН для практического использования в социально-экономической сфере / ДВО РАН; под ред. В В. Богатова. Владивосток: [б. и.], 2019. 163 с.: ил. ISBN 978-5-8044-1691-2.

Юдаков А.А. Инновационные разработки Института химии ДВО РАН // Вестн. ДВО РАН. 2012. № 5. С. 139-143.