Печать
Просмотров: 9853

Научная группа профессора А.М. Тойкка

Обновлено

Научная группа кафедры химической термодинамики и кинетики

Термодинамика и кинетика мембранных и реакционно-массообменных процессов

Состав научной группы

Руководитель группы

Александр Матвеевич Тойкка, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой химической термодинамики и кинетики.

Состав группы

  • Полоцкая Галина Андреевна, к.х.н., ст. научный сотрудник;
  • Приходько Игорь Владимирович, к.х.н., доцент;
  • Пулялина Александра Юрьевна, к.х.н., доцент;
  • Громов Дмитрий Валерьевич, к.т.н., доцент;
  • Первухин Олег Константинович, к.х.н., доцент;
  • Файков Илья Ильич, аспирант.
  • Ростовцева Валерия Алексеевна, аспирант;
  • Татауров Максим Владимирович, студент-магистрант;
  • Смирнов Александр Алексеевич, студент-магистрант;
  • Шнер Наталья Сергеевна, студент-магистрант;
  • Татаурова Вера Павловна, студент-магистрант;
  • Любичев Дмитрий Алексеевич, студент-магистрант;
  • Мисиков Георгий Хвичаевич, студент;
  • Золотовский Константин Алексеевич, студент.

В группе работают 1 профессор, 4 доцента, 1 старший научный сотрудник, 2 аспиранта, 5 студентов-магистрантов и 2 студента бакалавриата. В 2020 году опубликовано 17 статей WOS/Scopus, из них 6 статей в журналах уровня Q1.

Тематика

Общая, неравновесная и химическая термодинамика. Совмещенные реакционно-массообменные процессы, кинетика химических процессов в гетерогенных средах. Эволюция термодинамических свойств в ходе совмещенных процессов. Применение методов неравновесной термодинамики для решения некоторых теоретических задач химической технологии: устойчивость многокомпонентных систем, фазовое и мембранное разделение, реакционно-массообменные процессы. Термодинамические свойства природного газа и газовых смесей, в том числе, для применения в промышленных целях. Экспериментальные исследования фазовых переходов, сорбции, тепловых эффектов процессов. Теория термодинамической устойчивости, ее развитие и применение для анализа и моделирования химических и фазовых процессов в равновесных и неравновесных системах. Мембранные процессы, экспериментальное исследование и моделирование трансмембранного переноса на основе аппарата неравновесной термодинамики. Природные биологические мембраны, экспериментальное исследование. Разработка новых перспективных мембранных полимерных и композитных материалов (внедрение модификаторов в полимерную матрицу), их структурные (СЭМ, АСМ, X-Ray) и термохимические исследования, термодинамические свойства.

Дополнительный (прикладной) профиль деятельности: организация процессов фазового и мембранного разделения, включая совмещенные процессы (реакционная дистилляция и экстракция, синтез в мембранном реакторе). Новые практически важные и перспективные мембранные материалы (первапорация, газоразделение).

Результаты

В 2018 году была продолжена работа по разработке новых мембранных материалов на основе полимеров и композитов для разделения жидких и газовых смесей, включая гибридные/совмещенные процессы (реакционно-массообменный процесс «реакция + разделение»). При получении мембран применялись новые модификаторы, такие как наноалмазы (см. приведенный рисунок) и эндометаллофуллерены. Объектами разделения являлись как модельные, так и промышленно-значимые смеси. В частности, на информационно-сервисном портале «Индикатор» опубликовано сообщение об одном из таких результатов: «Создана новая гибридная мембрана для водородного топлива». Работы в области термодинамики реакционно-массообменных и природных систем включали комплекс термохимических исследований многокомпонентных систем с химическими реакциями, а также исследования термодинамических свойств природного газа, для in situ определения основных характеристик, в первую очередь, в газопроводах. Продолжены работы в области развития методов неравновесной термодинамики, в том числе, для описания и моделирования трансмембранного переноса.

  1. A. Toikka, On non-equilibrium thermodynamics approach for the analysis of membrane processes: a case study of pervaporation, Monatshefte fur Chemie, 149 (2018) 467-473; DOI: 10.1007/s00706-017-2104-8
  2. G. Polotskaya, A. Pulyalina, M. Goikhman, I. Podeshvo, V. Rostovtseva, S. Shugurov, I. Gofman, N. Saprykina, N. Gulii, N. Loretsyan, A. Toikka, Novel Polyheteroarylene Membranes for Separation of Methanol‒Hexane Mixture by Pervaporation, Scientific Reports, (2018); DOI: 10.1038/s41598-018-36118-4
  3. G. Polotskaya, M. Putintseva, A. Pulyalina, I. Gofman, A. Toikka, Impact of Endometallofullerene on P84 Copolyimide Transport and Thermomechanical Properties, Polymers, 10 (2018) Article 1108. DOI:10.3390/polym10101108

toikka sg

Гранты

Основные проекты 2020 года

  • «Применение методов неравновесной термодинамики для решения теоретических задач химической технологии: устойчивость многокомпонентных систем, фазовое и мембранное разделение, реакционно-массообменные процессы», Российский фонд фундаментальных исследований, 19-03-00375. Руководитель — А.М.Тойкка. 2019–2021.
  • «Полимерные мембраны на основе полигетероариленов для разделения жидких и газовых смесей», Российский научный фонд (продление грана 2016 г.), 16-13-10164-П. Руководитель — А.М.Тойкка. 2016–2020).
  • «Определение термодинамических свойств природного газа на основе трех легко измеряемых величин», Российский фонд фундаментальных исследований — Национальный научный фонд Ирана, 17-58-560018. Руководитель — А.М.Тойкка. 2017–2020).
  • «Новые мембранные материалы для концентрирования биоспиртов, а также очистки и регенерации промышленно значимых растворителей», Российский научный фонд, 18-79-10116. Руководитель — А.Ю.Пулялина. 2018–2020.

В научной группе в 2020 году выполнялись 2 гранта РНФ (из них один — для групп молодых ученых), 2 гранта РФФИ (один — инициативный международный РФФИ-Иран, один — инициативный).

Продолжается научное сотрудничество с Институтом высокомолекулярных соединений РАН, Университетом Фердоуси (Машхад, Иран), а также с факультетами СПбГУ (математико-механический и ПМПУ)

Основные публикации

Основные публикации 2020 года

  1. D. Gromov, A. Toikka. Toward Formal Analysis of Thermodynamic Stability: Le Chatelier—Brown Principle // Entropy. 2020. 22. Article 1113. Doi: 10.3390/e22101113
  2. D. Gromov, A. Toikka. On an alternative formulation of the thermodynamic stability condition // Journal of Mathematical Chemistry. 2020. V. 58(6). P. 1219-1229. Doi: 10.1007/s10910-020-01126-1
  3. M. Farzaneh‑Gord, H. R. Rahbari, B. Mohseni‑Gharyehsafa, A. Toikka, I. Zvereva. Machine learning methods for precise calculation of temperature drop during a throttling process // J. Thermal Analysis and Calorimetry. 2020. V. 140(6). P. 2765-2778. Doi: 10.1007/s10973-019-09029-3
  4. A.V. Petrov, A.M. Toikka. Charge States of Sorption Centers in Matrimid // Glass Physics and Chemistry. 2020. V. 46(2). P. 186-188. DOI: 10.1134/S1087659620020091
  5. M. Trofimova, A. Sadaev, A. Samarov, A. Golikova, N. Tsvetov, M. Toikka, A. Toikka. Liquid-liquid equilibrium of acetic acid – ethanol – ethyl acetate – water quaternary system: Data review and new results at 323.15 K and 333.15 K // Fluid Phase Equilibria. 2020. V. 503. Article 112321. Doi: 10.1016/j.fluid.2019.112321
  6. A. Golikova, N. Tsvetov, A. Samarov, M. Toikka, I. Zvereva, M. Trofimova, A. Toikka. Excess enthalpies and heat of esterification reaction in ethanol + acetic acid + ethyl acetate + water system at 313.15 K // J. Thermal Analysis and Calorimetry. 2020. V. 139. P. 1301–1307. Doi: 10.1007/s10973-019-08488-yvol(V0)
  7. A. Samarov, M. Trofimova, M. Toikka, A. Toikka. Experimental Data on Chemical Equilibrium in the System with Ethyl Formate Synthesis Reaction at 298.15 K // J. Chemical and Engineering Data. 2020. V. 65. Issue 5. P. 2578-2582. Doi: 10.1021/acs.jced.9b01205
  8. A. Pulyalina, I. Faykov, V. Nesterova, M. Goikhman, I. Podeshvo, N. Loretsyan, A. Novikov, I. Gofman, A. Toikka, G. Polotskaya. Novel Polyester Amide Membranes Containing Biquinoline Units and Complex with Cu(I): Synthesis, Characterization, and Approbation for n-Heptane Isolation from Organic Mixtures // Polymers. 2020. 12. Article 645. doi: 10.3390/polym12030645
  9. N. Tsvetov, A. Sadaeva, M. Toikka, A. Toikka. Excess molar heat capacity for the binary system n-propyl alcohol + water in the temperature range 278.15–358.15 K: new data and application for excess enthalpy calculation. // J. Thermal Analysis and Calorimetry. 2020. V. 142(5). P. 1977–1987. Doi: 10.1007/s10973-020-09605-y
  10. A. Pulyalina, V. Rostovtseva, I. Faykov, A. Toikka. Application of Polymer Membranes for a Purification of Fuel Oxygenated Additive. Methanol/Methyl Tert-butyl Ether (MTBE) Separation via Pervaporation: A Comprehensive Review // Polymers. 2020. V. 12. Article 2218. Doi: 10.3390/polym12102218
  11. A. Pulyalina, V. Rostovtseva, I. Minich, O. Silyukov, M. Toikka, N. Saprykina, G. Polotskaya. Specific Structure and Properties of Composite Membranes Based on the Torlon® (Polyamide-imide)/Layered Perovskite Oxide // Symmetry. 2020. V. 12(7). Article 1142. Doi: 10.3390/sym12071142
  12. A. Pulyalina, V. Rostovtseva, D. Rudakova, L. Vinogradova, G. Polotskaya. Strongly Selective Polymer Membranes Modified with Heteroarm Stars for the Ethylene Glycol Dehydration by Pervaporation // Membranes. 2020. V. 10(5). Article 86. Doi: 10.3390/membranes10050086
  13. A. Pulyalina, M. Tataurov, I. Faykov, V. Rostovtseva, G. Polotskaya. Polyimide Asymmetric Membrane vs. Dense Film for Purification of MTBE Oxygenate by Pervaporation // Symmetry. 2020. V. 12(3). Article 436. Doi: 10.3390/sym12030436
  14. G. Polotskaya, A. Pulyalina, V. Lebedev, G.Török, D. Rudakova, L. Vinogradova. Novel view at hybrid membranes containing star macromolecules using neutron scattering and pervaporation dehydration of acetic acid // Materials & Design. 2020. V. 186. Article 108352. Doi: 10.1016/j.matdes.2019.108352
  15. A. Pulyalina, A. Larkina, M. Tataurov, L. Vinogradova, G. Polotskaya. Hybrid macromolecular stars with fullerene(C60) core included in polyphenyleneisophthalamide membranes for n-butanol dehydration // Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2020. V. 28(1). P. 54–60. Doi: 10.1080/1536383X.2019.1671366
  16. A. A. Samarov, L. M. Shishaeva, A. M. Toikka. Phase Equilibria and Extraction Properties of Deep Eutectic Solvents in Alcohol–Ester Systems // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2020. V. 54. No. 4. P. 551–559. Doi: 10.1134/S0040579520040259
  17. A. Samarov, I. Prikhodko, D. Liubichev, A. Toikka. Liquid-Liquid Equilibrium of Alcohol (Ethanol or n-Propanol)-Ester (Ethyl or n-Propyl Propionate) Systems with a Deep Eutectic Solvent Based on Choline Chloride at 293.15 K // J. Chemical and Engineering Data. 2020. V. 65(11). P. 5545–5552. Doi: 10.1021/acs.jced.0c00659
  18. I.V. Prikhod’ko, A.A. Samarov, A.M. Toikka, M. Farzaneh-Gord. Prediction of Sound Speed in Natural-Gas Mixtures Using the CP-PC-SAFT Equation of State // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2020. V. 54(6). P. 1267–1275. Doi: 10.1134/S004057952006010X

Основные публикации 2019 года

  1. A. Pulyalina, V. Rostovtseva, G. Polotskaya, L. Vinogradova, Z. Zoolshoev, M. Simonova, A. Hairullin, A. Toikka, Z. Pientka. Hybrid macromolecular stars incorporated poly(phenylene oxide) membranes: Organization, physical, and gas separation properties // Polymer. 2019. V. 172. P. 355–364. Doi: 10.1016/j.polymer.2019.04.005
  2. G. Polotskaya, A. Pulyalina, M. Goikhman, I. Podeshvo, I. Gofman, S. Shugurov, V. Rostovtseva, I. Faykov, M. Tataurov, A. Toikka, A. Polotsky A. Asymmetric Membranes Based on Copolyheteroarylenes with Imide, Biquinoline, and Oxazinone Units: Formation and Characterization // Polymers. 2019. V. 11. Article 1542. Doi: 10.3390/polym11101542
  3. A. Samarov, N. Shner, E. Mozheeva, A. Toikka. Liquid-liquid equilibrium of alcohol–ester systems with deep eutectic solvent on the base of choline chloride // The Journal of Chemical Thermodynamics. 2019. V. 131. P. 369–374. Doi: 10.1016/j.jct.2018.11.019
  4. M. Trofimova, A. Sadaev, A. Samarov, M. Toikka, A. Toikka. Solubility, liquid-liquid equilibrium and critical states for the quaternary system formic acid – ethanol – ethyl formate – water at 298.15 K and 308.15 K // Fluid Phase Equilibria. 2019. V. 485. P. 111-119. Doi: 10.1016/j.fluid.2018.12.024
  5. M. Toikka, A. Sadaeva, A. Samarov, A. Toikka. Solubility and critical surface in the system propionic acid – ethanol – ethyl propionate – water at 293.15, 303.15 and 313.15 K // The Journal of Chemical Thermodynamics. 2019. V. 132. P. 113–121. Doi: 0.1016/j.jct.2018.12.026
  6. I.V. Prikhod’ko, A.A. Samarov, A.M. Toikka. On Application of PC–SAFT Model for Estimating the Speed of Sound in Synthetic and Natural Oil-and-Gas Mixtures // Russian Journal of Applied Chemistry. 2019. V. 92. No. 2. P. 262−266. DOI: 10.1134/S1070427219020150
  7. A. M. Toikka, A. A. Samarov, M. Farzaneh-Gord, I. A. Zvereva. On Calculation of Some Properties of Natural Gas Using a Limited Number of Experimental Parameters // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2019. V. 53. No. 1. P. 21–28. Doi: 0.1134/S0040579519010159
  8. A.V. Petrov, M.A. Smirnov, M.P. Sokolova, A.M. Toikka. Influence of Water Concentration on Its Mobility in Matrimid® // Coatings. 2019. V. 9. Article 466. Doi: 10.3390/coatings9080466
  9. A.Yu. Pulyalina, M.N. Putintseva, G.A. Polotskaya, V.A. Rostovtseva, A.M. Toikka. Pervaporation Purification of Oxygenate from an Ethyl tert-Butyl Ether/Ethanol Azeotropic Mixture // Membranes and Membrane Technologies. 2019. V. 1. No. 2. P. 99–106.
  10. A. Samarov, I. Prikhodko, N. Shner, G. Sadowski, C. Held, A. Toikka. Liquid−Liquid Equilibria for Separation of Alcohols from Esters Using Deep Eutectic Solvents Based on Choline Chloride: Experimental Study and Thermodynamic Modeling // J. Chemical and Engineering Data. 2019. V. 64. Issue 12. P. 6049-6059. Doi: 10.1021/acs.jced.9b00884

Основные публикации 2018 года

  1. A. Toikka. On non-equilibrium thermodynamics approach for the analysis of membrane processes: a case study of pervaporation // Monatshefte fur Chemie. 2018. V. 149. P. 467-473. DOI: 10.1007/s00706-017-2104-8 (IF WoS 2017 - 1.285, Q3, SJR – Q2) SNIP 2017 = 0.549
  2. M.A. Smirnov, M.P. Sokolova, N.V. Bobrova, A.M. Toikka, P. Morganti, E. Lahderanta. Synergistic effect of chitin nanofibers and polyacrylamide on electrochemical performance of their ternary composite with polypyrrole // Journal of Energy Chemistry. 2018. V. 27. P. 843–853. DOI: 10.1016/j.jechem.2017.06.002 (IF WoS 2017 - 3.886, Q1, SJR – Q1) SNIP 2017 = 0.799
  3. A. Golikova, N. Tsvetov, Y. Anufrikov, M. Toikka, I. Zvereva, A. Toikka. Excess enthalpies of the reactive system ethanol + acetic acid + ethyl acetate + water for chemically equilibrium states at 313.15 K // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. V. 134. Issue 1. P. 835-841. DOI: 10.1007/s10973-018-7010-8 (IF WoS 2017 - 2.209, Q2, SJR – Q2) SNIP 2017 = 1.073
  4. N. Avagimova, G. Polotskaya, A. Toikka, A. Pulyalina, Z. Moravkova, M. Trchova, Z. Pientka. Effect of nanodiamond additives on the structure and gas-transport properties of a poly(phenylene–isophtalamide) matrix // Journal of Applied Polymer Science. 2018. V. 135. Issue 23. 46320. DOI: 10.1002/app.46320 (IF WoS 2017 - 1.901, Q2 SJR – Q2) SNIP 2017 = 0.742
  5. Samarov A.A., Smirnov M.A., Sokolova M.P., Toikka A.M. Liquid-Liquid Equilibrium Data for the System N-Octane + Toluene + DES at 293.15 and 313.15 K and Atmospheric Pressure // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2018. V. 52. Issue 2. P. 258-263. DOI: 10.1134/S0040579518020148 (IF WoS 2017 - 0.515, Q4, SJR – Q3) SNIP 2017 = 0.754
  6. Tsvetov N., Letyanina I., Zvereva I., Toikka A. Excess molar enthalpies of the ternary mixture n-propanol + n-propyl acetate + water at 313.15 K // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. V. 133. Issue 2. P. 1149-1156. DOI: 10.1007/s10973-018-7110-5 (IF WoS 2017 - 2.209, Q2, SJR – Q2) SNIP 2017 = 1.073
  7. Pulyalina A., Porotnikov D., Rudakova D., Faykov I., Chislova I., Rostovtseva V., Vinogradova L., Toikka A., Polotskaya G. Advanced membranes containing star macromolecules with C60 core for intensification of propyl acetate production // Chemical Engineering Research and Design. 2018. V. 135. P. 197-206. DOI: 10.1016/j.cherd.2018.05.034 (IF WoS 2017 - 2.795, Q2, SJR – Q1) SNIP 2017 = 1.381
  8. Samarov A.A., Smirnov M.A., Toikka A.M., Prikhodko I.V. Study of Deep Eutectic Solvent on the Base Choline Chloride as Entrainer for the Separation Alcohol-Ester Systems // Journal of Chemical and Engineering Data. 2018. V. 63. Issue 6. P. 1877-1884. DOI: 10.1021/acs.jced.7b00912 (IF WoS 2017 - 2.196, Q2, SJR – Q1) SNIP 2017 = 1.116
  9. Sokolova, M.P., Smirnov M.A., Samarov A.A., Bobrova N.V., Vorobiov V.K., Popova E.N., Filippova E., Geydt P., Lahderanta E., Toikka A.M. Plasticizing of chitosan films with deep eutectic mixture of malonic acid and choline chloride // Carbohydrate Polymers. 2018. V. 197. P. 548-557. DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.06.037 (IF WoS 2017 - 5.158, Q1, SJR – Q1) SNIP 2017 =1.733
  10. M. Farzaneh-Gord, B. Mohseni-Gharyehsafa, A. Toikka, I. Zvereva. Sensitivity of natural gas flow measurement to AGA8 or GERG2008 equation of state utilization // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018. V. 57. P. 305–321. Doi:10.1016/j.jngse.2018.07.014 (IF WoS 2017 - 2.803, Q2, SJR – Q1) SNIP 2017 = 1.325
  11. A. Pulyalina, G. Polotskaya, V. Rostovtseva, Z. Pientka, A. Toikka. Improved Hydrogen Separation Using Hybrid Membrane Composed of Nanodiamonds and P84 Copolyimide // Polymers. 2018. 10. 828. doi:10.3390/polym10080828 (IF WoS 2017 - 2.935, Q1, SJR – Q1) SNIP 2017 = 1.213
  12. Penkova A.V., Dmitrenko M.E., Ermakov S.S., Toikka A.M., Roizard D. Novel green PVA-fullerenol mixed matrix supported membranes for separating water-THF mixtures by pervaporation // Environmental Science and Pollution Research. 2018. V. 25. Issue 21. P. 20354–20362. DOI: 10.1007/s11356-017-9063-9 (IF WoS 2017 - 2.8, Q2, SJR – Q2) SNIP 2017 = 0.942
  13. G. Polotskaya, M. Putintseva, A. Pulyalina, I. Gofman, A. Toikka. Impact of Endometallofullerene on P84 Copolyimide Transport and Thermomechanical Properties // Polymers. 2018. V. 10. Article 1108. doi:10.3390/polym10101108 (IF WoS 2017 - 2.935, Q1, SJR – Q1) SNIP 2017 = 1.213
  14. M. Farzaneh-Gord, B. Mohseni-Gharyehsafa, A. Ebrahimi-Moghadam, A. Jabari-Moghadam, A. Toikka, I. Zvereva. Precise Calculation of Natural Gas Sound Speed Using Neural Networks: An Application in Flow Meter Calibration // Flow Measurement and Instrumentation. 2018. V. 64. P. 90-103. doi:10.1016/j.flowmeasinst.2018.10.013 (IF WoS 2017 - 1.407, Q3, SJR – Q2) SNIP 2017 = 1.200
  15. M.P. Sokolova, A.N. Bugrov, M.A. Smirnov, A.V. Smirnov, E. Lahderanta, V.M. Svetlichnyi, A.M. Toikka. Effect of Domain Structure of Segmented Poly(urethane-imide) Membranes with Polycaprolactone Soft Blocks on Dehydration of n-Propanol via Pervaporation // Polymers. 2018. V. 10. Issue 11. Article 1222. doi:10.3390/polym10111222 (IF WoS 2017 - 2.935, Q1, SJR – Q1) SNIP 2017 = 1.213
  16. G. Polotskaya, A. Pulyalina, M. Goikhman, I. Podeshvo, V. Rostovtseva, S. Shugurov, I. Gofman, N. Saprykina, N. Gulii, N. Loretsyan, A. Toikka. Novel Polyheteroarylene Membranes for Separation of Methanol‒Hexane Mixture by Pervaporation // Scientific Reports. 2018. V. 8. Article 17849. doi:10.1038/s41598-018-36118-4 (IF WoS 2017 - 4.122, Q1, SJR – Q1) SNIP 2017 = 1.245
  17. Polotskaya G.A., Avagimova N.V., Toikka A.M., Tsvetkov N.V., Lezov A.A., Strelina I.A., Gofman I.V., Pientka Z. Optical, mechanical, and transport studies of nanodiamonds/poly(phenylene oxide) composites // Polymer Composites. 2018. V. 39. Issue 11. P. 3952-3961. DOI 10.1002/pc.24437 (IF WoS 2017 - 1.943, Q2, SJR – Q2) SNIP 2017 =0.764