Важное место среди направлений научных исследований Института занимают работы лабораторий физико-химического профиля в области физики и химии плазмы, различных энергонасыщенных систем, газоразделительных мембран и др. Проводятся исследования по моделированию механизмов химических реакций, разработкепроцессов конверсии углеводородного сырья, по синтезу различных химических продуктов, по переработке промышленных отходов, а также токсичных и супертоксичных соединений.

Работы в области физики и химии плазмы в Институте были начаты под руководствомоснователя отечественной школы плазмохимии проф. Л.С.Полака (1908-, который до1988 г. руководил лабораторией плазмохимии. В тот период времени в лабораториибыла проведена серия работ по исследованию механизмов химических реакций в плазме (Д.И.Словецкий), химических реакций в турбулентных потоках газа и плазмы (А.А.Овсянников), плазмохимической полимеризации углеводородов (Ю.А. Иванов),изучена зависимость химической активности плазмы от способа ее получения(Ю.А.Лебедев). В результате были созданы основы теоретической и прикладной плазмохимии. В настоящее время работы в области физики и химии плазмы продолжают развиваться в нескольких направлениях.

В Лаборатории плазмохимии и физикохимии импульсных процессов (зав. лаб.Ю.А.Лебедев)начат цикл исследований нового типаразряда – неравновесного электродного СВЧ разряда при пониженных давлениях вмолекулярных и атомарных газах в условиях, когда размеры разрядной камеры неограничивают размеры плазменного образования. Изучено явление самоорганизацииплазмы в таком разряде, где эрозия электрода отсутствует, а сам разрядсуществует при аномально низких мощностях и позволяет получать плазму в заданнойточке пространства. Показана возможность использования такого разряда длясинтеза алмазов, нанотрубок и осаждения пленок.

В последниегоды в Институте были достигнуты значительные успехи в теории и в практическомиспользовании плазмохимических процессов, газо и паро-разделительных мембран имембранных процессов.

Так, методыдиагностики параметров неравновесной плазмы были дополнены (Д.И.Словецкий)комплексом методов исследования кинетики химических превращений в объеме плазмыи на поверхности твердых тел, помещаемых в плазму, одновременно с потоками иэнергиями активных частиц на поверхность. С их использованием изучены механизмыгазофазных и гетерогенных химических реакций и созданы математические моделипроцессов в квазиравновесной и неравновесной галогенуглеродной и углеводородной плазме с учетом образования и гибели атомов и радикалов, карбенов и возбужденных частиц, в том числе:

• синтезаацетилена и технического водорода плазмохимическим пиролизом метана и природногогаза;
• полимеризацииуглеводородов и галоген-углеводородов (С1-С4) в неравновеснойплазме;
• лазмохимического травления тугоплавких металлов (вольфрам,молибден, тантал, титан) и сплава вольфрам-титан, широко применяемых вмикроэлектронике;
• химическихпревращений в поверхностных слоях кремнийорганических полимеров и мембран наоснове политриметилсилилпропина (ПТМСП) и поливинилтриметилсилана (ПВТМС) иучета их влияния на газоразделительные свойства мембран (совместно сЛабораторией синтеза селективно-проницаемых полимеров, В.С.Хотимский,С.Ю.Борисов).

В этой же лабораторииплазмохимии и физикохимии импульсных процессов:

разработанынаучные основы процессов диспергирования материалов (металлов и полимеров) доразмера малых кластеров (~1 нм),), синтеза твердых материалов с различнойнано-структурой и на этой основе предложены новые способы синтеза носителей катализаторов, показавшие высокую эффективность в модельных реакциях превращения углеводородов, парциальном окислении сероводорода для очистки газовых потоков, вреакциях гидрирования и метатезиса олефинов;

В кооперации с ИМЕТ РАН разработаны научные основы,конструкция и технология изготовления мембранных элементов и узлов для выделения чистого водорода (>99,999%) из смесей газов, содержащих водород, в том числегазов конверсии углеводородов.

Создана оригинальная методика экспериментального исследования кинетики и механизматермических превращений углеводородов и их производных (Ю.А. Колбановский, А.А.Овсянников).

С использованием этой методики впервые наблюдали такие необычныеявления, как:

• равновесие между углеводородом в кекулевской (метиленциклопропан) и некекулевской (триметиленметан) форме;
• образование бирадикала бутен-1-диила-1,4, которое при пиролизе метиленциклопропана предшествует образованию стабильных продуктов;
• образование интермедиата (предположительно, бирадикалоида) – предшественника термических превращений ацетилена.

Рис. 1

Проведен также обширный цикл исследований термических превращений перфторолефинов, оксидовперфторолефинов и низших перфторцикланов.

В этой же лаборатории (Ю.А. Колбановский) разработаны основные принципы конструирования химических реакторов сжатия на основе двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом движения.

Впервые поставлена и решена задача превращения жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) в химический реактор (рис. 1), способный работать в составе технологической схемыхимического производства (Ю.А.Колбановский). С использованием этого реактора разработаны процессы:

• бездиоксинового сжигания хлорсодержащих органических отходов;
• бездиоксинового сжигания хлорсодержащих органических отходов;
• уничтожения токсичных и супертоксичных органических соединений, содержащих атомы серы,азота, хлора и фосфора со степнью превращения не менее 0,999999;
• получения синтез-газа при парциальном окислении природного газа кислородом воздуха, созданы предпосылки для создания энергетически автономных технологических схемпроцессов превращения газ ® жидкость (метанол, диметиловый эфир, высокооктановый бензин).