Научная проблема, на решение которой направлен проект.
Проблема заключается в отсутствии широкого спектра подходов к эффективным производствам, отвечающим современным требованиям.

Актуальность проблемы.
На сегодняшний день существует ряд законодательных актов (который постоянно пополняется новыми), ограничивающих и/или регулирующих действующие химические производства. Например, есть жесткие нормы по выбросам вредных компонентов в атмосферу, в т.ч. углекислого газа. Предприятие обязано контролировать объемы выбросов и не превышать заданные значения. При этом эффективных подходов к снижению выбросов явно недостаточно. Конечно, выбрасываемый углекислый газ можно переводить в форму карбонатов и отправлять на захоронение, но, во-первых, круг сорбентов является очень узким, а, во-вторых, понимания дальнейшей судьбы карбонатов просто нет. Таким образом, наблюдается ситуация, при которой законодательно ограничения введены и уже давно, а какого-то эффективного решения все еще нет, т.е. обозначенная проблема является более чем актуальной. Скорее, даже срочной и неотложной.

Научная значимость.
Побочные нежелательные продукты химических производств представляют собой крайне инертные соединения. Их вовлечение в какие-либо химические реакции требует больших энергий. Поэтому разработка подходов к конвертации таких соединений является наукоемкой задачей, а решение этой задачей будет, несомненно, научно значимым.

Конкретная задача и ее масштаб.
Конкретной задачей является разработка эффективных химических процессов, позволяющих существенно улучшить сегодняшние химические производства. Масштаб задачи можно оценить исходя из того, что в проекте будут рассматриваться несколько производств, а не какое-то одно. Иными словами, научный коллектив будет работать по нескольким направлениям исследований, связанным между собой единой идеей об улучшении имеющихся химических технологий с помощью модификации реакций органического синтеза.

Научная новизна.
Научная новизна заключается в использовании эффективных возобновляемых металлокатализаторов, энергии света, а также использовании отходов производств в качестве активных компонентов химических реакций.

Современное состояние исследований по данной проблеме.
Современное состояние по общей проблеме есть смысл разделить на три основных блока:
1. Разработка возобновляемого катализатора для получения биотоплива.
1. Оксиды металлов
Оксиды металлов используются в качестве гетерогенных катализаторов производства биотоплива. Многие статьи по этой теме можно разделить на две группы: оксиды металлов как таковые и нанесенные оксиды металлов.
1.1. Неосновные оксиды металлов
1.1.1. Оксид кальция, СаО.
Простой способ приготовления катализатора – использование коммерчески доступного оксида кальция. После сушки и прокаливания CaO готов к использованию в переэтерификации. В стандартных условиях CaO можно повторно использовать не менее 4 раз, что приводит к снижению выхода биодизеля с 89% до 75%.[1] Наночастицы CaO были получены из нитрата кальция с использованием экстракта семян Bombax ceiba в качестве топлива.[2] Смесь нитрата и экстракта нагревали в печи при температуре 900°С. Затем катализатор использовали при конверсии масла Bombax ceiba по стандартной процедуре и использовали повторно. В результате выход биодизеля снизился с 96% до 87% после 5 циклов из-за отравления активных центров углекислым газом и водой. Оксид кальция, полученный из кусков известняка после прокаливания, показал очень низкую стабильность, обеспечивая выход только 50% после 4-го цикла преобразования говяжьего жира в биодизельное топливо.[3]
Производство биодизеля с помощью микроволновой печи катализировалось оксидом кальция, полученным из яичной скорлупы.[4] Катализатор показал очень многообещающие результаты: выход 96,7 за 4 мин (мощность СВЧ 900 Вт). После прокаливания при 800 °C была изучена морфология катализатора (рис. 1) и с помощью SEM были обнаружены частицы в форме стержней, гантелей и стержней-гантелей. Частицы построили структуру, подобную термитному гнезду, обеспечивающую стабильные выходы МЭЖК даже после 5 циклов: соотношение МеОН/масло составляло 18:1, загрузка катализатора - 10 мас.%, реакция происходила в течение 4 мин. Использование нагрева на обычной водяной бане вместо микроволн привело к небольшому снижению активности CaO-катализатора, полученного из яичной скорлупы: с 95% до 90% после 11 циклов.[5] В литературе также были освещены некоторые репрезентативные примеры приготовления катализатора из отходов яичной скорлупы.[6] Обычно яичную скорлупу промывали, сушили и прокаливали. В каждом случае от цикла к циклу наблюдалось снижение выхода биодизеля в зависимости от выщелачивания и потери катализатора.
Другой катализатор CaO, полученный из яичной скорлупы и легированный ионами Li, показал резкое снижение каталитической активности уже после 4 циклов: ниже 50% по сравнению с исходным значением 94%.[7] ИК-спектры показали, что катализатор полностью покрыт продуктом, что уменьшает площадь контакта. Таким же способом можно импрегнировать СаО ионами калия с помощью раствора KNO3.[8] Катализатор был успешно повторно использован три раза при переэтерификации отработанного хлопкового масла, и после третьего цикла была обнаружена конверсия МЭЖК более 99% по сравнению с ионами Li.
Оксид кальция, полученный из скорлупы страусиных яиц, эффективно катализирует переэтерификацию пальмового масла в ультразвуковых условиях.[9] Наилучший выход МЭЖК составил 92% (мощность ультразвука 120 Вт, соотношение метанол/масло 9:1, загрузка катализатора 8 мас.%, 1 час). Для приготовления катализатора требовались общие действия: измельчение, промывка, сушка и прокаливание. Катализатор был многоразовым, поскольку даже после 8 циклов выход биодизеля составлял 80%. По данным РФА использованного катализатора, снижение каталитической активности обусловлено образованием на поверхности глицероксида кальция и гидроксида кальция. Катализаторы, полученные из яичной скорлупы, можно модифицировать, используя цикл кальцинирования, гидратации и дегидратации, для получения более активного катализатора.[10] Цикл активации улучшил выход метилового эфира с 68% для коммерчески доступного CaO до 95% для активированного посредством цикла. Процедура включала стандартное прокаливание с последующим кипячением в воде при температуре 60°С в течение 6 часов и второе стандартное прокаливание. По данным аналитического исследования наблюдалась пористая поверхность полученного катализатора в виде сот (рис. 2). Катализатор работал хорошо даже после 6 циклов, обеспечивая 90%-ную конверсию в оптимизированных условиях: загрузка катализатора 5 мас.%, соотношение метанол:масло 12:1, 65°C в течение 1 часа.
Выдающийся дизайн реакции переэтерификации был разработан с использованием системы непрерывной дистилляции.[11] Смесь метанола и масла перекачивали в колонку, заполненную катализаторами, полученными из яичной скорлупы, а затем в кипящую колбу. Таким образом, смесь упаривалась и проходила через колонку много раз, пока не конвертировалась. Продукты откачивали другим насосом из колбы. Многоразовость катализатора проверена за 5 циклов и оказалась одинаковой (более 93%)! Вероятно, чрезвычайно высокая стабильность катализатора обусловлена удержанием активных частиц в колонне.
Технология сжигания геля обеспечила катализатор CaO с пористой структурой между мезо- и макрочастицами для эффективного производства биодизельного топлива.[12] Водный раствор нитрата кальция и лимонной кислоты смешивали и нагревали при 120°С, что приводило к образованию геля. Затем гель нагревали при 420 °С до образования оксидных порошков с последующим прокаливанием при 800 °С в течение 4 часов. В данном случае в качестве топлива и желирующего агента использовалась лимонная кислота. Морфология полученного катализатора имела коралловую структуру с частицами субмикронного размера, соединенными вместе. В результате была продемонстрирована высокая производительность при производстве биодизеля (содержание FAME 96,5%), в том числе высокая возможность повторного использования: после 4 циклов без какой-либо реактивации катализатора наблюдалось только 3% снижение содержания FAME. Холостые опыты с раствором после катализа в отсутствие катализатора показали следовые количества продуктов. Оксидно-кальциевый катализатор готовили из отходов раковин мидий, ракушек и гребешков путем прокаливания при 700-1000 °С в течение 4 ч.[13] После того как были найдены оптимальные условия синтеза МЭЖК (65 °С, соотношение метанол/масло 9, загрузка катализатора 10 мас.%), катализатор использовали повторно. Никаких дополнительных процедур предварительной обработки для приготовления катализатора не требовалось, поэтому катализатор был готов после простого разделения. Выходы FAME были выше 90% в течение 3 опытов и далее снижались. Авторы предположили, что потеря активности связана с изменением структуры поверхности катализатора и образованием гидроксида кальция. Отходы раковин мидий, ракушек и морских гребешков часто используются в качестве предшественников катализаторов. CaO, полученный из панциря мидий после прокаливания при 1000 °C в течение 2 часов, повторно использовался до 9 раз при конверсии соевого масла.[14] Катализатор CaO, полученный из отходов раковины гребешка, повторно использовался в пяти циклах, что показало снижение выхода FAME с 86% до 66% после четырех циклов.[15] Катализатор на основе оксида кальция, полученный из оболочек Polymedosa erosa, обеспечил чрезвычайно высокий выход FAME 99% и очень многообещающую возможность вторичной переработки (72% после 9 циклов).[16] Отходы панцирей крабов использовались в качестве источника катализатора на основе оксида кальция после простой сушки и прокаливания.[17] Структура катализатора была аналогична катализаторам, полученным из оболочки. Многократное использование осуществлялось двумя способами: с прокаливанием и без него. Оба катализатора теряют активность с 96–98% в первом цикле до 87–90% в пятом цикле; однако прокаленный катализатор продемонстрировал более многообещающие результаты. Отходы венеры (Tapes belcheri S.) использовали для приготовления катализатора CaO,[18] обеспечение хорошей возможности повторного использования: выход FAME составил 98% в первом цикле и 86% после третьего цикла. Приготовление катализатора основывалось на промывке, сушке, измельчении, просеивании и прокаливании. Использованный катализатор промывали гексаном, метанолом и реактивировали при 900°С в течение 2 часов. Активный катализатор CaO можно получить из скорлупы Chicoreus brunneus после стандартного прокаливания.[19] Затем масло рисовых отрубей подвергали конверсии в присутствии полученного катализатора. Повторное использование катализатора показало значительное снижение активности после семи циклов с 93% до 80%. Катализатор CaO был получен после простого прокаливания отходов.[20] Отработанное жареное масло конвертировали в присутствии 5 мас.% катализатора с последующим повторным использованием в тех же условиях. Снижение каталитической активности составило от 94% до 87% после 5 циклов. После этого катализатор регенерировали в метаноле с помощью обработки ультразвуком и дальнейшего прокаливания. В результате конверсия составила 94% в шестом цикле. В качестве исходного источника для приготовления катализатора CaO использованы отходы раковин улиток.[21] Подготовка включала общие этапы получения чистого катализатора CaO, который был протестирован при производстве биодизельного топлива из масла Hydnocarpus wightiana. Испытания на возможность повторного использования включали перепрокалку катализатора после каждой стадии и показали снижение каталитической активности с 97% до 87% после пятого цикла из-за выщелачивания кальция в реакционную среду. Отделение катализатора CaO можно облегчить путем введения Fe.[22] Раствор нитратов кальция и железа был использован для изготовления полых волокон с магнитными свойствами. После типичной процедуры приготовления и переэтерификации катализатор легко отделялся с помощью магнита и использовался повторно: соотношение метанол/масло 12, загрузка катализатора 5 мас.%, 2 часа и 60°С. Выход биодизеля превышал 90% даже после 5 циклов; и более 85% после 20 циклов. Незначительная потеря каталитической активности обусловлена полой структурой катализатора и полным извлечением катализатора из реакционной смеси с помощью магнита. Еще один пример магнитоактивного катализатора CaO был приготовлен с использованием цеолитного носителя ZSM 5.[23] СаО был получен после прокаливания яичной скорлупы. Носитель готовили из рисовой шелухи гидротермальным методом. Конечный катализатор был получен методом мокрой пропитки. Катализатор отделялся после каждого запуска с помощью внешнего магнита (рис. 4) и использовался повторно, что приводило к выходу биодизельного топлива 91% (первый запуск) и 85% (четвертый запуск).
СаО модифицировали путем простого старения оксида в растворе бромоктана в гексане в течение 24 ч с последующей промывкой гексаном и сушкой в вакууме.[24] Затем модифицированный оксид, катализирующий переэтерификацию растительного масла обычным способом, собирали центрифугированием, промывали гексаном, сушили при 60°С и использовали повторно. По данным ICP-AES, после первого и второго циклов в реакционную среду выщелачивалось менее 26 ppm и 10 ppm кальция соответственно. Даже после 15 циклов выход FAME достиг 95%! С использованием процесса быстрой минерализации из полистиролсульфоната натрия была приготовлена серия пористых катализаторов на основе CaO для переэтерификации пальмового масла, PSS.[25] К растворам нитрата кальция и ПСС вводили раствор карбоната натрия. В результате образовался карбонат кальция, содержащий некоторое количество PSS. После прокаливания катализатор обеспечил выход 97% при производстве биодизеля. Лучший катализатор показал снижение активности с 97% до 72% после 10 циклов. Интересно, как выяснили авторы, количество ПСС существенно меняло возможность повторного использования катализаторов. Известковый шлам бумажной фабрики может быть источником гетерогенного катализатора переэтерификаци.[26] Активацию катализатора проводили путем прокаливания при температуре 800 °С, обеспечивающего разложение карбоната и гидроксида кальция до оксида кальция. Катализатор использовали в стандартной процедуре переэтерификации (наилучшая конверсия 94%) и повторно использовали 5 раз после простой фильтрации. 90%-ная конверсия МЭЖК была достигнута после пятого цикла за 2 часа. Таким образом, потеря катализатором активности обусловлена блокировкой активных центров, выщелачиванием катализатора и изменением структуры поверхности, как предполагают авторы. Еще одним источником катализатора на основе CaO из отходов были коралловые отходы.[27] Отходы кораллов измельчали молотком, просеивали и прокаливали при различных температурах до 900°С в течение 2,5 часов. Катализатор (6 мас.%) обеспечивал выход метилового эфира 100 мас.% при соотношении МеОН/масло 12:1. После реакции катализатор нагревали в метаноле при 100°C и использовали еще раз в 4 циклах, что показало снижение выхода метилового эфира со 100% до 78%. Гашеную известь также опробовали при каталитической переэтерификации пальмового олеинового масла.[28] Для приготовления катализатора необходимы простая сушка, измельчение, просеивание и прокаливание. Возможность повторного использования катализатора была намного лучше по сравнению с известковым шламом с бумажной фабрики: выход FAME все еще составлял более 90% после 5 циклов и далее снижался до менее 70% после 10 циклов из-за образования гидроксида кальция и карбоната кальция.
Каталитически активный оксид кальция получали из золы газификации биомассы после прокаливания золы при 600 900 °C.[29] Оптимизация условий реакции привела к выходу МЭЖК 96%. Затем катализатор использовали повторно. По данным аналитических исследований, выход МЭЖК, площадь поверхности и общий объем пор уменьшаются от цикла к циклу.
Катализатор CaO из биоугля скорлупы пальмоядрового дерева использован в метанолизе подсолнечного масла.[30] Возможность повторного использования катализатора проверялась в оптимизированных условиях: содержание FAME снизилось с 99% до 96% после трех циклов, а катализатор потерял активность в четвертом цикле (всего 2,2%). Устойчивое производство биодизеля было исследовано в присутствии катализатора CaO, полученного из куриного помета.[31] Катализатор готовили после сушки и прокаливания при 550–950 °С. При многократном использовании катализатора активность резко снизилась: выход МЭЖК с 91% в первом цикле до 58% в четвертом цикле. По данным РФА, фаза оксида кальция трансформировалась в фазу гидроксида кальция. В то же время было обнаружено, что никаких изменений площади поверхности от цикла к циклу обнаружено не было, поэтому общее снижение активности было связано с процессом гидратации. Куриные кости также можно превратить в оксид кальция после стандартного обжига.[32] С использованием приготовленного катализатора отработанное кулинарное масло было преобразовано в биодизель с выходом более 90% для свежего катализатора и с 60% после четвертого цикла.

Список литературы.
[1]N. S. El-Gendy, S. S. Abu Amr, H. A. Aziz, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 2014, 36, 1615-1625.
[2]H. R. Harsha Hebbar, M. C. Math, K. V. Yatish, Energy 2018, 143, 25-34.
[3]B. Esther Olubunmi, A. Fatai Alade, S. Ogbeide Ebhodaghe, O. Tokunbo Oladapo, Energy Conversion and Management: X 2022, 14, 100221.
[4]P. Khemthong, C. Luadthong, W. Nualpaeng, P. Changsuwan, P. Tongprem, N. Viriya-empikul, K. Faungnawakij, Catal. Today 2012, 190, 112-116.
[5]S. Niju, K. M. M. Sheriffa Begum, N. Anantharaman, Environ. Prog. Sust. Energy 2015, 34, 248-254.
[6]a) P. R. Pandit, M. H. Fulekar, Journal of Environmental Management 2017, 198, 319-329; b) S. Ahmad, S. Chaudhary, V. V. Pathak, R. Kothari, V. V. Tyagi, Renewable Energy 2020, 160, 86-97.
[7]J. Boro, L. J. Konwar, D. Deka, Fuel Process. Technol. 2014, 122, 72-78.
[8]D. Kumar, A. Ali, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 2014, 36, 1093-1102.
[9]G. Chen, R. Shan, J. Shi, B. Yan, Bioresour. Technol. 2014, 171, 428-432.
[10]S. Niju, K. M. Meera, S. Begum, N. Anantharaman, Journal of Saudi Chemical Society 2014, 18, 702-706.
[11]S. Niju, K. M. M. S. Begum, N. Anantharaman, RSC Advances 2014, 4, 54109-54114.
[12]W. Nualpaeng, P. Tongprem, R. Keawmesri, N. Viriya-empikul, K. Faungnawakij, Fuel 2014, 136, 240-243.
[13]A. Buasri, N. Chaiyut, V. Loryuenyong, P. Worawanitchaphong, S. Trongyong, The Scientific World Journal 2013, 2013, 460923.
[14]Y. J. Zhang, S. Y. Liu, Adv. Mat. Res. 2013, 608-609, 206-209.
[15]S. Sirisomboonchai, M. Abuduwayiti, G. Guan, C. Samart, S. Abliz, X. Hao, K. Kusakabe, A. Abudula, Energy Convers. Manage. 2015, 95, 242-247.
[16]R. Anr, A. A. Saleh, M. S. Islam, S. Hamdan, M. A. Maleque, Energy Fuels 2016, 30, 334-343.
[17]D. Madhu, R. Arora, S. Sahani, V. Singh, Y. C. Sharma, J. Agric. Food. Chem. 2017, 65, 2100-2109.
[18]O. N. Syazwani, S. H. Teo, A. Islam, Y. H. Taufiq-Yap, Proc. Saf. Environ. Prot. 2017, 105, 303-315.
[19]H. Mazaheri, H. C. Ong, H. H. Masjuki, Z. Amini, M. D. Harrison, C.-T. Wang, F. Kusumo, A. Alwi, Energy 2018, 144, 10-19.
[20]A. Aitlaalim, F. Ouanji, A. Benzaouak, M. El Mahi, E. M. Lotfi, M. Kacimi, L. F. Liotta, in Catalysts, Vol. 10, 2020.
[21]K. N. Krishnamurthy, S. N. Sridhara, C. S. Ananda Kumar, Renewable Energy 2020, 146, 280-296.
[22]L. Lin, S. Vittayapadung, X. Li, W. Jiang, Shen, Xiangqian, Environ. Prog. Sust. Energy 2013, 32, 1255-1261.
[23]N. S. Lani, N. Ngadi, Applied Nanoscience 2022, 12, 3755-3769.
[24]Y. Tang, J. Xu, J. Zhang, Y. Lu, J. Clean. Prod. 2013, 42, 198-203.
[25]R. Shan, G. Chen, B. Yan, J. Shi, C. Liu, Energy Convers. Manage. 2015, 106, 405-413.
[26]H. Li, S. Niu, C. Lu, M. Liu, M. Huo, Science China Technological Sciences 2014, 57, 438-444.
[27]G. Moradi, F. Mohammadi, Int. J. Environ. Sci. Technol. 2014, 11, 805-812.
[28]W. Roschat, T. Siritanon, B. Yoosuk, V. Promarak, Energy Convers. Manage. 2016, 108, 459-467.
[29]T. Maneerung, S. Kawi, C.-H. Wang, Energy Convers. Manage. 2015, 92, 234-243.
[30]M. D. Kostić, A. Bazargan, O. S. Stamenković, V. B. Veljković, G. McKay, Fuel 2016, 163, 304-313.
[31]T. Maneerung, S. Kawi, Y. Dai, C.-H. Wang, Energy Convers. Manage. 2016, 123, 487-497.
[32]P. Suwannasom, P. Tansupo, C. Ruangviriyachai, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 2016, 38, 3167-3173.

2. Использование гидроксида кальция в качестве строительного материала.
Отличным примером замкнутого производства может служить производство ацетилена карбидным методом. Ацетилен всегда был и остается чрезвычайно важной молекулой для промышленности и общества и является сырьем многих крупнотоннажных химических веществ и материалов. Синтетический потенциал ацетилена как простейшего источника ненасыщенной тройной углерод-углеродной связи огромен [1-14]. Реакции присоединения, в которые он вступает, являются атом-экономичными и предупреждают образование отходов. Сегодня ацетилен производят двумя способами: крекингом нефти или газа и гидролизом карбида кальция. Последний способ является экологически и экономически обоснованным, поскольку для производства ацетилена опадает необходимость в использовании ископаемого углеводородного сырья и затрат на его добычу и переработку. В последнее время карбид кальция стали использовать непосредственно как источник ацетилена [15], минуя гидролиз и сбор газообразного ацетилена в баллоны. Это значительно облегчало работу, так как твердый карбид кальция на практике гораздо удобнее, чем газообразный ацетилен. Несмотря на все достоинства, практическое использование карбида кальция сопряжено с образованием большого количества побочного продукта в виде карбидного шлама [16] (карбидного остатка, CCR), который обычно не используется в промышленности и просто утилизируется или скапливается в виде шламоотвалов, что происходит чаще всего [17].
CCR представляет собой мультикомпонентный продукт, представленный в основном гидроксидом кальция в различных аллотропных модификациях, хлоридом кальция и углеродом [18, 19]. Эти неорганические соединения могут быть извлечены и повторно использованы, что в конечном итоге переводит CCR из категории отходов в категорию практически полезных субстратов [20].
Карбидный остаток в строительстве
По химическому составу карбидный шлам аналогичен портланд цементу OPC. Очевидно, что свое основное применение CCR находит в качестве дешевой и эффективной частичной или полной дешевой замены дорогостоящему цементу в различных областях строительства.
Состав CCR, OPC [21-26]
Ca(OH)2 вступает в пуццолановые реакции с кремнеземными материалами с образованием силикатов, в результате чего получается продукт, аналогичный получаемому при гидратации цемента. Причем по составу и свойствам клинкер из CCR не уступает аналогичному цементному клинкеру [27]. Измельченный CCR можно использовать в качестве стимулятора пуццолановой реакции кальцийсульфоалюминатного цемента (CSA), приводящей к двукратному увеличению прочности цементного клинкера за счет формирования более плотной структуры при малом времени схватывания (менее 25 минут) [28].
Особый интерес исследователей вызывает создание композиционных материалов, сочетающих в своем составе различные виды отходов. Во-первых, каждый из видов отходов (шлаков) имеет свой уникальный качественный и количественный состав. Зная содержание каждого типа отходов можно подобрать такое сочетание полезных компонентов, которое будет обеспечивать максимальные положительные свойства нового материала. Во-вторых, одновременное использование различного типа отходов способствует снижению их накопления в природе, что полностью удовлетворяет экологическим требованиям к производствам. Сочетание двух отходов производства карбида кальция – золы-уноса (FA) и CCR – отличная возможность для создания альтернативного вяжущего для приготовления бесцементных бетонов. Совместное использование FA и CCR в соотношении 70:30 для создания вяжущих обеспечивает хорошее соотношение компонентов для образования силикатов, чем обеспечивается прочность изделия [29]. Для сравнения механические свойства бесцементного бетона с содержанием вяжущего компонента 550 кг/м3 — эластичность и прочность на растяжение, а также истираемость — были такими же, как и у обычного бетона OPC с содержанием цемента 300 кг/м3 [30]. Авторы многих работ сообщают, что прочность на сжатие и другие механические свойства, влагостойкость, хлоридостойкость бесцементного бетона могут быть усилены добавками OPC, низкоуглеродистых отходов тепловых электростанций [31], варьированием размеров частиц (степень помола) компонентов, повышением температуры отверждения или щелочной (1% NaOH или силиката натрия) активацией смесей бесцементных вяжущих [32-35]. Наибольшую эффективность для увеличения инженерных свойств бесцементной вяжущей смеси CCR-FA демонстрирует добавка 1% NaOH [33] или силиката натрия [32], которая способствует выщелачиванию SiO2 и активирует реакцию с CaO с образованием силикатов и гидратов силикатов кальция и натрия, что обеспечивает структурную прочность до 40 МПа [36, 37]. Пасты, приготовленные из 30% CCR и 70% FA с добавлением щелочи [32] или CaCl2 [38], имеют более быстрое время схватывания — от 25 до 85 мин, повышенную прочность и пластичность [32, 37-39].

Используемая литература
1. W. Reppe. Liebigs Ann. Chem., 601, 81-138 (1956)
2. B. A. Trofimov and E. Y. Schmidt. Russ. Chem. Rev., 83, 600 (2014)
3. B. A. Trofimov and N. K. Gusarova. Russ. Chem. Rev., 76, 507 (2007)
4. K. Sonogashira, Y. Tohda and N. Hagihara. Tetrahedron Lett., 16, 4467-4470 (1975)
5. C. Koradin, K. Polborn and P. Knochel. Angew. Chem. Int. Ed., 41, 2535-2538 (2002)
6. Y. Yamamoto, T. Arakawa, R. Ogawa and K. Itoh. J. Am. Chem. Soc., 125, 12143-12160 (2003)
7. G. Kyriakou, M. B. Boucher, A. D. Jewell, E. A. Lewis, T. J. Lawton, A. E. Baber, H. L. Tierney, M. Flytzani-Stephanopoulos and E. C. H. Sykes. Science, 335, 1209 (2012)
8. B. H. Patel, C. Percivalle, D. J. Ritson, C. D. Duffy and J. D. Sutherland. Nat. Chem., 7, 301-307 (2015)
9. J. Yang, F. Zhang, H. Lu, X. Hong, H. Jiang, Y. Wu and Y. Li. Angew. Chem. Int. Ed., 54, 10889-10893 (2015)
10. T. J. Katz and S. J. Lee. J. Am. Chem. Soc., 102, 422-424 (1980)
11. C. Pereira, G. T. Kokotailo and R. J. Gorte. J. Phys. Chem., 95, 705-709 (1991)
12. K. Judai, S. Abbet, A. S. Wörz, A. M. Ferrari, L. Giordano, G. Pacchioni and U. Heiz. J. Mol. Catal. A: Chem., 199, 103-113 (2003)
13. G. Malta, A. Kondrat Simon, J. Freakley Simon, J. Davies Catherine, L. Lu, S. Dawson, A. Thetford, K. Gibson Emma, J. Morgan David, W. Jones, P. Wells Peter, P. Johnston, C. R. A. Catlow, J. Kiely Christopher and J. Hutchings Graham. Science, 355, 1399-1403 (2017)
14. F. Liu, Y. Xia, W. Xu, L. Cao, Q. Guan, Q. Gu, B. Yang and J. Lu. Angew. Chem. Int. Ed., 60, 19324-19330 (2021)
15. K. S. Rodygin, M. S. Ledovskaya, V. V. Voronin, K. A. Lotsman and V. P. Ananikov. Eur. J. Org. Chem., 43-52 (2021)
16. H. Sun, Z. Li, J. Bai, S. A. Memon, B. Dong, Y. Fang, W. Xu and F. Xing. Mater. Des., 8, 638-651 (2015)
17. A. Abdulmatin, P. Khongpermgoson, C. Jaturapitakkul and W. Tangchirapat. Arabian J. Sci. Eng., 43, 1617-1626 (2018)
18. N.-J. Jiang, Y.-J. Du, S.-Y. Liu, M.-L. Wei, S. Horpibulsuk and A. Arulrajah. Can. Geotech. J., 53, 373-383 (2015)
19. P. Nshimiyimana, D. Miraucourt, A. Messan and L. Courard. MRS Advances, 3, 2009-2014 (2018)
20. X. Gong, T. Zhang, J. Zhang, Z. Wang, J. Liu, J. Cao and C. Wang. Renewable Sust. Energy Rev., 159, 112133 (2022)
21. C. Phetchuay, S. Horpibulsuk, C. Suksiripattanapong, A. Chinkulkijniwat, A. Arulrajah and M. M. Disfani. Constr. Build. Mater., 69, 285-294 (2014)
22. S. Horpibulsuk, V. Munsrakest, A. Udomchai, A. Chinkulkijniwat and A. Arulrajah. Constr. Build. Mater., 71, 210-215 (2014)
23. P. Nshimiyimana, A. Messan, Z. Zhao and L. Courard. Constr. Build. Mater., 216, 622-631 (2019)
24. J. Seo, S. Park, H. N. Yoon, J. G. Jang, S. H. Kim and H. K. Lee. Materials (Basel), 12, (2019)
25. S. Siddiqua and P. N. M. Barreto. Constr. Build. Mater., 169, 364-371 (2018)
26. X.-z. Gong, J.-q. Zhang, Z. Wang, D. Wang, J.-h. Liu, X.-d. Jing, G.-y. Qian and C. Wang. Int. J. Minerals, Metallurgy Mater., 28, 76-87 (2021)
27. Y. L. Wang, S. J. Dong, L. L. Liu, S. P. Cui and H. B. Xu. Appl. Mech. Mater., 389, 341-345 (2013)
28. X. Gu, H. Tan, X. He, O. Smirnova, J. Zhang and Z. Luo. Materials (Basel), 13, (2020)
29. C. Rattanashotinunt, P. Thairit, W. Tangchirapat and C. Jaturapitakkul. Mater. Des., 46, 106-111 (2013)
30. A. Abdulmatin, P. Khongpermgoson, C. Jaturapitakkul and W. Tangchirapat. Arabian J. Sci. Eng., 43, 1617-1626 (2018)
31. N. Makaratat, C. Jaturapitakkul and T. Laosamathikul. J. Mater. Civ. Eng., 22, 1164-1170 (2010)
32. S. Hanjitsuwan, T. Phoo-ngernkham, L.-y. Li, N. Damrongwiriyanupap and P. Chindaprasirt. Constr. Build. Mater., 162, 714-723 (2018)
33. S. Dueramae, W. Tangchirapat, P. Chindaprasirt and C. Jaturapitakkul. J. Mater. Civ. Eng., 29, 04016265 (2017)
34. S. Dueramae, W. Tangchirapat, P. Sukontasukkul, P. Chindaprasirt and C. Jaturapitakkul. J. Mater. Res. Tech., 8, 4757-4765 (2019)
35. S. Dueramae, W. Tangchirapat, P. Chindaprasirt, C. Jaturapitakkul and P. Sukontasukkul. Constr. Build. Mater., 230, 116962 (2020)
36. T. Phoo-ngernkham, C. Phiangphimai, D. Intarabut, S. Hanjitsuwan, N. Damrongwiriyanupap, L.-y. Li and P. Chindaprasirt. Constr. Build. Mater., 247, (2020)
37. S. Hanjitsuwan, T. Phoo-ngernkham and N. Damrongwiriyanupap. Constr. Build. Mater., 133, 128-134 (2017)
38. N. Makaratat, C. Jaturapitakkul, C. Namarak and V. Sata. Cem. Concr. Compos., 33, 436-443 (2011)
39. T. Phoo-ngernkham, C. Phiangphimai, D. Intarabut, S. Hanjitsuwan, N. Damrongwiriyanupap, L.-y. Li and P. Chindaprasirt. Constr. Build. Mater., 247, 118543 (2020)

3. Улавливание атмосферного СО2 и его конвертация в практически полезные соединения имеет большие перспективы [1-3]
СО2 можно использовать как источник не только углерода, но и кислорода. Однако, разложение (или сплиттинг) СО2 один из дорогостоящих и энергозатратных методов, требующих иридийорганических металлокатализаторов или достигаемых в плазме высоких температур.[4-8]
Внедрение СО2 как С1-синтона в химические соединения сегодня рассматривается как перспективный путь утилизации СО2. Однако, использование СО2 как единицы для построения С-С связи представляет собой сложную задачу. Основными проблемами, связанными с химической утилизацией СО2, является инертность молекулы, обусловленная высокой энергией активации связей С=О и низкая селективность процесса. Возможно поэтому основным направлением химической утилизации углекислого газа является его конвертация в СО и синтез-газ.[9-23] Вторым по числу встречаемых в мировой литературе работ является конверсия СО2 в легкие углеводороды, содержащие С1-С5 атомов в молекулах. Для этой цели разработано много технологий, таких как фотохимические, биохимические, электрохимические, плазмохимические и солнечные термохимические.[24-28]
Внедрение молекулы СО2 как «зеленого» С1-структурного блока в органические субстраты с получением полезных химических соединений более сложная процедура и требует, как правило, каталитической активации. Так, для внедрения СО2 в молекулу непредельного субстрата используют используют органокомплексы иридия, Pd, рутения, [29-31] металлокаркасные катализаторы.[32-34] Реакция карбоксилирования, пожалуй, одна из самых изученных на сегодня. В литературе имеется множество обзоров, посвященных присоединению СО2 к циклическим и ациклическим алкенам, алкинам, аренам, галогенидам, карбонильным соединениям с получением соответствующих карбоновых кислот (схема 1). [29, 31, 35-47]
Промотируемое видимым светом каталитическое карбоксилирование неактивированных алкенов и аренов CO2 обеспечивало получение нафталиновых кислот, индан-1-илуксусных кислот, индолин-3-илуксусных кислот, хроман-4-илуксусных кислот и тиохроман-4-илуксусные кислоты с выходами от умеренных до хороших.[48] Используемый в качестве катализатора N,N диметиланилин для внедрения СО2 обладал низкой активностью и обеспечивал лишь 46% выход дигидрофенантрен-9-карбоновой кислоты.

1.Hepburn, C.; Adlen, E.; Beddington, J.; Carter, E. A.; Fuss, S.; Mac Dowell, N.; Minx, J. C.; Smith, P.; Williams, C. K., The technological and economic prospects for CO2 utilization and removal. Nature 2019, 575 (7781), 87-97.
2.George, A.; Shen, B.; Craven, M.; Wang, Y.; Kang, D.; Wu, C.; Tu, X., A Review of Non-Thermal Plasma Technology: A novel solution for CO2 conversion and utilization. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2021, 135, 109702.
3.Jouny, M.; Hutchings, G. S.; Jiao, F., Carbon monoxide electroreduction as an emerging platform for carbon utilization. Nature Catal. 2019, 2 (12), 1062-1070.
4.Chen, Z.; Concepcion, J. J.; Brennaman, M. K.; Kang, P.; Norris, M. R.; Hoertz, P. G.; Meyer, T. J., Splitting CO2 into CO and O2 by a single catalyst. Proceedings of the National Academy of Sciences 2012, 109 (39), 15606-15611.
5.Wang, B.; Wang, X.; Lu, L.; Zhou, C.; Xin, Z.; Wang, J.; Ke, X.-k.; Sheng, G.; Yan, S.; Zou, Z., Oxygen-Vacancy-Activated CO2 Splitting over Amorphous Oxide Semiconductor Photocatalyst. ACS Catalysis 2018, 8 (1), 516-525.
6.Al-Shankiti, I.; Ehrhart, B. D.; Weimer, A. W., Isothermal redox for H2O and CO2 splitting – A review and perspective. Solar Energy 2017, 156, 21-29.
7.Berthelot, A.; Bogaerts, A., Modeling of CO2 Splitting in a Microwave Plasma: How to Improve the Conversion and Energy Efficiency. The Journal of Physical Chemistry C 2017, 121 (15), 8236-8251.
8.Furler, P.; Scheffe, J.; Gorbar, M.; Moes, L.; Vogt, U.; Steinfeld, A., Solar Thermochemical CO2 Splitting Utilizing a Reticulated Porous Ceria Redox System. Energy & Fuels 2012, 26 (11), 7051-7059.
9.He, Q.; Liu, D.; Lee, J. H.; Liu, Y.; Xie, Z.; Hwang, S.; Kattel, S.; Song, L.; Chen, J. G., Electrochemical Conversion of CO2 to Syngas with Controllable CO/H2 Ratios over Co and Ni Single-Atom Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59 (8), 3033-3037.
10.Nielsen, D. U.; Hu, X.-M.; Daasbjerg, K.; Skrydstrup, T., Chemically and electrochemically catalysed conversion of CO2 to CO with follow-up utilization to value-added chemicals. Nature Catal. 2018, 1 (4), 244-254.
11.Alper, E.; Yuksel Orhan, O., CO2 utilization: Developments in conversion processes. Petroleum 2017, 3 (1), 109-126.
12.Lahijani, P.; Zainal, Z. A.; Mohammadi, M.; Mohamed, A. R., Conversion of the greenhouse gas CO2 to the fuel gas CO via the Boudouard reaction: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2015, 41, 615-632.
13.Das, S.; Pérez-Ramírez, J.; Gong, J.; Dewangan, N.; Hidajat, K.; Gates, B. C.; Kawi, S., Core–shell structured catalysts for thermocatalytic, photocatalytic, and electrocatalytic conversion of CO2. Chemical Society Reviews 2020, 49 (10), 2937-3004.
14.Rafiee, A.; Rajab Khalilpour, K.; Milani, D.; Panahi, M., Trends in CO2 conversion and utilization: A review from process systems perspective. Journal of Environmental Chemical Engineering 2018, 6 (5), 5771-5794.
15.Liu, Y.; Tian, D.; Biswas, A. N.; Xie, Z.; Hwang, S.; Lee, J. H.; Meng, H.; Chen, J. G., Transition Metal Nitrides as Promising Catalyst Supports for Tuning CO/H2 Syngas Production from Electrochemical CO2 Reduction. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59 (28), 11345-11348.
16.Jin, S.; Hao, Z.; Zhang, K.; Yan, Z.; Chen, J., Advances and Challenges for the Electrochemical Reduction of CO2 to CO: From Fundamentals to Industrialization. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60 (38), 20627-20648.
17.Costentin, C.; Robert, M.; Savéant, J.-M.; Tatin, A., Efficient and selective molecular catalyst for the CO2-to-CO electrochemical conversion in water. Proceedings of the National Academy of Sciences 2015, 112 (22), 6882-6886.
18.Costentin, C.; Robert, M.; Savéant, J.-M., Current Issues in Molecular Catalysis Illustrated by Iron Porphyrins as Catalysts of the CO2-to-CO Electrochemical Conversion. Accounts of Chemical Research 2015, 48 (12), 2996-3006.
19.Zheng, T.; Jiang, K.; Wang, H., Recent Advances in Electrochemical CO2-to-CO Conversion on Heterogeneous Catalysts. Advanced Materials 2018, 30 (48), 1802066.
20.Cometto, C.; Chen, L.; Lo, P.-K.; Guo, Z.; Lau, K.-C.; Anxolabéhère-Mallart, E.; Fave, C.; Lau, T.-C.; Robert, M., Highly Selective Molecular Catalysts for the CO2-to-CO Electrochemical Conversion at Very Low Overpotential. Contrasting Fe vs Co Quaterpyridine Complexes upon Mechanistic Studies. ACS Catalysis 2018, 8 (4), 3411-3417.
21.Kamkeng, A. D. N.; Wang, M.; Hu, J.; Du, W.; Qian, F., Transformation technologies for CO2 utilisation: Current status, challenges and future prospects. Chemical Engineering Journal 2021, 409, 128138.
22.Kamkeng, A. D. N.; Wang, M., Technical analysis of the modified Fischer-Tropsch synthesis process for direct CO2 conversion into gasoline fuel: Performance improvement via ex-situ water removal. Chemical Engineering Journal 2023, 462, 142048.
23.Nellaiappan, S.; Katiyar, N. K.; Kumar, R.; Parui, A.; Malviya, K. D.; Pradeep, K. G.; Singh, A. K.; Sharma, S.; Tiwary, C. S.; Biswas, K., High-Entropy Alloys as Catalysts for the CO2 and CO Reduction Reactions: Experimental Realization. ACS Catalysis 2020, 10 (6), 3658-3663.
24.Mustafa, A.; Lougou, B. G.; Shuai, Y.; Wang, Z.; Tan, H., Current technology development for CO2 utilization into solar fuels and chemicals: A review. Journal of Energy Chemistry 2020, 49, 96-123.
25.Artz, J.; Müller, T. E.; Thenert, K.; Kleinekorte, J.; Meys, R.; Sternberg, A.; Bardow, A.; Leitner, W., Sustainable Conversion of Carbon Dioxide: An Integrated Review of Catalysis and Life Cycle Assessment. Chemical Reviews 2018, 118 (2), 434-504.
26.Burkart, M. D.; Hazari, N.; Tway, C. L.; Zeitler, E. L., Opportunities and Challenges for Catalysis in Carbon Dioxide Utilization. ACS Catalysis 2019, 9 (9), 7937-7956.
27.Sullivan, I.; Goryachev, A.; Digdaya, I. A.; Li, X.; Atwater, H. A.; Vermaas, D. A.; Xiang, C., Coupling electrochemical CO2 conversion with CO2 capture. Nature Catal. 2021, 4 (11), 952-958.
28.Kumaravel, V.; Bartlett, J.; Pillai, S. C., Photoelectrochemical Conversion of Carbon Dioxide (CO2) into Fuels and Value-Added Products. ACS Energy Letters 2020, 5 (2), 486-519.
29.He, X.; Qiu, L.-Q.; Wang, W.-J.; Chen, K.-H.; He, L.-N., Photocarboxylation with CO2: an appealing and sustainable strategy for CO2 fixation. Green Chem. 2020, 22 (21), 7301-7320.
30.Yatham, V. R.; Shen, Y.; Martin, R., Catalytic Intermolecular Dicarbofunctionalization of Styrenes with CO2 and Radical Precursors. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56 (36), 10915-10919.
31.Murata, K.; Numasawa, N.; Shimomaki, K.; Takaya, J.; Iwasawa, N., Construction of a visible light-driven hydrocarboxylation cycle of alkenes by the combined use of Rh(i) and photoredox catalysts. Chemical Communications 2017, 53 (21), 3098-3101.
32.Ding, M.; Flaig, R. W.; Jiang, H.-L.; Yaghi, O. M., Carbon capture and conversion using metal–organic frameworks and MOF-based materials. Chemical Society Reviews 2019, 48 (10), 2783-2828.
33.Tan, F.; Yin, G., Homogeneous Light-Driven Catalytic Direct Carboxylation with CO2. Chinese Journal of Chemistry 2018, 36 (6), 545-554.
34.Tortajada, A.; Juliá-Hernández, F.; Börjesson, M.; Moragas, T.; Martin, R., Transition-Metal-Catalyzed Carboxylation Reactions with Carbon Dioxide. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57 (49), 15948-15982.
35.Zhang, Z.; Ye, J.-H.; Ju, T.; Liao, L.-L.; Huang, H.; Gui, Y.-Y.; Zhou, W.-J.; Yu, D.-G., Visible-Light-Driven Catalytic Reductive Carboxylation with CO2. ACS Catalysis 2020, 10 (19), 10871-10885.
36.Shimomaki, K.; Murata, K.; Martin, R.; Iwasawa, N., Visible-Light-Driven Carboxylation of Aryl Halides by the Combined Use of Palladium and Photoredox Catalysts. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (28), 9467-9470.
37.Cao, Y.; He, X.; Wang, N.; Li, H.-R.; He, L.-N., Photochemical and Electrochemical Carbon Dioxide Utilization with Organic Compounds. Chinese Journal of Chemistry 2018, 36 (7), 644-659.
38.Ye, J.-H.; Ju, T.; Huang, H.; Liao, L.-L.; Yu, D.-G., Radical Carboxylative Cyclizations and Carboxylations with CO2. Accounts of Chemical Research 2021, 54 (10), 2518-2531.
39.Yu, X.-Y.; Chen, J.-R.; Xiao, W.-J., Visible Light-Driven Radical-Mediated C–C Bond Cleavage/Functionalization in Organic Synthesis. Chemical Reviews 2021, 121 (1), 506-561.
40.Gui, Y.-Y.; Zhou, W.-J.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G., Photochemical Carboxylation of Activated C(sp3)−H Bonds with CO2. ChemSusChem 2017, 10 (7), 1337-1340.
41.Chateauneuf, J. E.; Zhang, J.; Foote, J.; Brink, J.; Perkovic, M. W., Photochemical fixation of supercritical carbon dioxide: the production of a carboxylic acid from a polyaromatic hydrocarbon. Advances in Environmental Research 2002, 6 (4), 487-493.
42.Mao, B.; Wei, J.-S.; Shi, M., Recent advancements in visible-light-driven carboxylation with carbon dioxide. Chemical Communications 2022, 58 (67), 9312-9327.
43.Lan, J.; Lu, X.; Ren, B.; Duo, F.; Niu, X.; Si, J., Visible-light-driven photocatalytic carboxylation to aromatic carboxylic acids with CO2. Org. Biomol. Chem. 2024.
44.Chen, Y.; Lu, L.-Q.; Yu, D.-G.; Zhu, C.-J.; Xiao, W.-J., Visible light-driven organic photochemical synthesis in China. Science China Chemistry 2019, 62 (1), 24-57.
45.Jiang, Y.-X.; Liao, L.-L.; Gao, T.-Y.; Xu, W.-H.; Zhang, W.; Song, L.; Sun, G.-Q.; Ye, J.-H.; Lan, Y.; Yu, D.-G., Visible-light-driven synthesis of N-heteroaromatic carboxylic acids by thiolate-catalysed carboxylation of C(sp²)–H bonds using CO2. Nature Synthesis 2024.
46.Yan, S.-S.; Fu, Q.; Liao, L.-L.; Sun, G.-Q.; Ye, J.-H.; Gong, L.; Bo-Xue, Y.-Z.; Yu, D.-G., Transition metal-catalyzed carboxylation of unsaturated substrates with CO2. Coordination Chemistry Reviews 2018, 374, 439-463.
47.Yang, Z.; Yu, Y.; Lai, L.; Zhou, L.; Ye, K.; Chen, F.-E., Carbon dioxide cycle via electrocatalysis: Electrochemical carboxylation of CO2 and decarboxylative functionalization of carboxylic acids. Green Synthesis and Catalysis 2021, 2 (1), 19-26.
48.Zhang, W.; Chen, Z.; Jiang, Y.-X.; Liao, L.-L.; Wang, W.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G., Arylcarboxylation of unactivated alkenes with CO2 via visible-light photoredox catalysis. Nat Commun 2023, 14 (1), 3529.

Предлагаемые методы и подходы.
1. Эффективным методом в решении ключевой проблемы будет являться катализ соединениями переходных металлов. Второй составляющей будет являться промотирующее действие света различных длин волн. Таким образом, один из подходов будет заключаться в проведении реакций в присутствии металлических катализаторов, которые будут поглощать свет определенной длины волны, тем самым способствуя протеканию желаемых процессов.
2. Использование возобновляемых катализаторов. Существенную интенсификацию производственных процессов можно получить при многократном использовании одного и того же катализатора. Это связано не только с экономией средств на получении новых партий катализатора, но и с отсутствием необходимости утилизации отработавшего катализатора. Например, при производстве биодизеля в качестве катализатора используется оксид кальция. При получении тонны биодизеля необходимо порядка 50 кг катализатора. Увеличение количества производимого биодизеля ведет и к пропорциональному увеличению количества катализатора. После производственного цикла отработанный катализатор необходимо утилизировать с учетом его объемов. Разработка многоразового катализатора существенно уменьшит количество отработанного катализатора, повысив эффективность производства в целом.
3. Использование отходов в производственном цикле. При любом производстве образуются побочные нежелательные продукты. Как правило, такие продукты считаются отходами производства, и одной из основных задач является их утилизация в возможно большем объеме. Однако, многие отходы представляют собой индивидуальные химические вещества, которым можно найти области применения в других областях. То есть отходы химического производства могут служить ценными компонентами нехимических производств. Примером может являться гидроксид кальция, который образуется в больших количествах при получении ацетилена. Образующийся гидроксид кальция довольно чистый и вполне применим в строительстве в качестве добавки к бетонам. При этом он может заменять портландцемент, меняя свойства конечных строительных объектов очень несущественно, а иногда улучшая заданные свойства. Таким образом, поиск областей применения нежелательным компонентам химических производств в смежных и иных отраслях можно рассматривать в качестве эффективного подхода по увеличению эффективности работы производств.
Общий план выполнения проекта.
Общий план исследований.
Этап 1. 2025 год.
1.Светопромотируемые реакции с участием СО2 и виниловых эфиров в присутствии металлокатализаторов.
2.Каталитический синтез биодизеля с участием регенерируемого катализатора.
3.Использование остатка ацетиленового производства в качестве добавки при получении материалов с перспективными свойствами.
Этап 2. 2026 год.
1.Конверсия СО2 в ценные продукты под действием электрического тока.
2.Исследование влияния добавок в катализатор для получения биодизеля (различные оксиды металлов, получение бинарных и тройных оксидов) с целью увеличения количества рабочих циклов катализатора.
3.Получение сорбентов для различных металлов на основе полимерных материалов.
Этап 3. 2027 год.
1.Получение композитных материалов на основе лигнинов для увеличения эффективности целлюлозных производств.
2.Разработка новых технологий обучения с участием искусственного интеллекта (создание баз данных, внедрение электронных журналов автоматического типа на производствах, внедрение искусственного интеллекта в систему автоматического анализа статей и химических превращений).
3.Варьирование природы сорбентов для извлечения различных металлов из смесей на уровне молекулярного распознавания.

Детальный план работы на первый год выполнения проекта.
1.1.Каталитическая конверсия сложных эфиров, входящих в состав масел в метиловые эфиры глицерина.
1.1.1.Характеризация исходных сложных эфиров (масел и жиров) с помощью методов физико-химического анализа.
1.1.2.Подбор условий переэтерификации, варьирование температуры, соотношений компонентов, времени реакции с целью увеличения выхода целевого продукта.
1.1.3.Получение катализатора на основе гидроксида кальция с целью его дальнейшего применения в реакции переэтерификации.
1.1.4.Характеризация катализатора методами электронной микроскопии, ТГА, определение сорбционной емкости, исследование поверхности.
1.1.5.Исследование каталитической активности полученных катализаторов: количество циклов использования катализатора, изменение его активности в зависимости от условий, подбор условий с целью увеличения продления срока службы катализатора.
1.2.Вовлечение углекислого газа в химические трансформации.
1.2.1.Наработка серии виниловых эфиров с целью их дальнейшего использования в реакциях с углекислым газом.
1.2.2.Характеризация виниловых эфиров с полным подтверждением структуры полученных соединений.
1.2.3.Использование серии различных катализаторов на основе металлов в реакциях карбоксилирования виниловых производных. Подбор условий (оптимизация реакции) с целью увеличения выхода целевых продуктов.
1.2.4.Характеризация полученных соединений, подбор условий выделения продуктов синтеза. Доказательство структуры продуктов.
1.2.5.Выявление влияния света различных длин волн на протекание каталитической конвертации СО2 в карбоновые кислоты. Варьирование длины волны, интенсивности излучения, подбор катализаторов под разные длины волн. При необходимости синтеза сложных катализаторов – получение лигандов различной природы с доказательством структуры полученных соединений.
1.3.Исследование возможности использования композитных материалов на основе гидроксида кальция (остатка после получения ацетилена.
1.3.1.Характеризация остатка. Варьирование условий его получения с выявлением зависимости «структура-свойства».
1.3.2.Добавление остатка в полимерные матрицы различного состава и строения с целью получения композитов.
1.3.3.Проведение аналитических исследований полученных композитов: ТГА, ДСК, электронная микроскопия.
1.3.4.Осуществление 3D печати полученными композитами. Исследование свойств полученных композитов.
Ожидаемые результаты, их научная значимость и новизна.
По итогам реализации проекта:
1.Будет разработан подход к конвертации углекислого газа в ценные химические продукты с высокой добавочной стоимостью с помощью металлпромотируемых фотоинициируемых реакций.
2.Будет предложен новый катализатор получения биотоплива с возможностью многократного использования, что приведет к минимализации отходов.
3.Будут получены новые композиционные материалы на основе отходов ацетиленового производства с улучшенными свойствами.
4.Будут получены новые композиционные материалы на основе лигнинов различного строения с перспективными свойствами.
5.Будут разработаны селективные сорбенты металлов на основе кросс-сшитых полимеров.
6.Будут разработаны новые алгоритмы машинного обучения, интегрирующиеся в различные стадии органического синтеза (от лабораторных журналов и анализа научных статей до генерирования новых химических процессов и превращений).
7.Результаты работы будут ежегодно представляться на ведущих всероссийских мероприятиях в виде ключевых, устных и стендовых докладов.
8.Результаты работы будут опубликованы в журналах 1 и 2 квартилей баз данных WoS/Scopus и журналах РИНЦ в общем количестве 24 шт. за 3 года реализации проекта.

Научная значимость результатов.
Целью всего проекта является разработка эффективных подходов на основе органических реакций и превращений для развития различных химических технологий. На сегодняшний день многие химические процессы не могут быть признаны высокоэффективными. На государственном уровне принимается ряд положений и законодательных актов, которые жестко регламентируют работу химических производств. Для того, чтобы соблюдать данные акты, как правило, производства вынуждены снижать темпы производства, что крайне нежелательно в современных условиях. Но дело в том, что процессы, лежащие в основе производств, очень сложные. Их модификация – трудоемкое и наукоемкое мероприятие. В первую очередь, это связано с природой основных участников процесса. Например, углекислый газ – крайне нереакционноспособное соединение. Это инертное соединение и вовлечь его в какие-либо трансформации либо очень трудно, либо требует больших количеств энергии. Поэтому предлагаемые подходы по увеличению эффективности различных производств заслуживают внимания и являются значимыми.
Ключевая новизна предлагаемых задач заключается в следующем:
1.Фотопромотируемые реакции с участием СО2 в присутствии металлических катализаторво будут предложены впервые. Конечно, реакции с углекислым газом известны давно (реакции карбоксилирования). Есть сведения и о металлпромотируемых процессах с участием СО2. Однако, светоинициируемые реакции с участием СО2 на сегодня отсутствуют.
2.Каталитическая конверсия отработанных масел в биодизель также представляется хорошо отработанной процедурой. Тем не менее, катализатор в этой реакции используется, как правило, один или не более 3х раз. Причины деградации катализатора сегодня до конца остаются не ясными. Есть предположения о блокировке активных сайтов, деградации поверхности, вымывании и пр. Но четкого понимания, что именно происходит с катализатором и как это избежать – нет. В настоящей работе будет предложен катализатор, способный «работать» не менее 10 раз с сохранением своей каталитической активности.
3.Поскольку в ходе реализации проекта будут получены новые композиционные материалы на основе лигнинов, отходов ацетиленовых производств, то и их свойства будут, очевидно, новыми, не исследованными ранее.
4.Все алгоритмы машинного обучения для внедрения в процессы постановки органических синтезов также будут написаны впервые и будут полностью оригинальными.

Имеющийся у коллектива научный задел по проекту приведен в документе с подтверждающей информацией (приложен к заявке).