Технология «Умные микроконтейнеры» и ее применение в сложных промышленных процессах

UDK: 541.124

DOI: 10.24887/0028-2448-2026-2-103-107

Ключевые слова: умные микроконтейнеры (УМК), полимеризация, микрокапсулирование, управляемое смешивание, кислоты Льюиса, эпоксидирование

Авт.: А.А. Папушкина(ООО «Межотраслевой экспертно-аналитический центр»); В.Р. Ким (ООО «Межотраслевой экспертно-аналитический центр»); М.Д. Каплина (ООО «Межотраслевой экспертно-аналитический центр»); Л.А. Алиева (ООО «Межотраслевой экспертно-аналитический центр»); А.В. Замрий (ООО «Межотраслевой экспертно-аналитический центр»); Н.П. Безруков, к.х.н. (Институт нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН); С.В. Антонов (Институт нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН); И.З. Салихов, к.х.н. (АО «Татнефтехиминвест-холдинг»); Ю.М. Аверина, к.т.н. (Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева); А.Л. Максимов, д.х.н. (Институт нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН); А.С. Сигов, д.т.н. (Российский технологический университет МИРЭА)

В статье рассматривается потенциал технологии умных микроконтейнеров (УМК). Инновация заключается в создании капсул, которые удерживают активные реагенты и высвобождают их при подаче определенных внешних сигналов — изменении температуры, рН, воздействии магнитным полем или ультразвуком. Возможность контроля реакции, обеспечиваемая этой технологией, открывает путь к преодолению ограничений современной технологии химической обработки. Рассмотрены три практически значимых области применения. Первая — управление полимеризацией, где УМК решают критическую проблему теплоотвода и температурных флуктуаций, что позволяет не только повысить безопасность, но и существенно сузить молекулярно-массовое распределение конечного продукта. Вторая область — катализ. Микрокапсулирование высокоактивных, но проблемных кислот Льюиса дает возможность создать гетерогенные системы, которые сочетают эффективность гомогенного катализатора с простотой его извлечения и регенерации. Это снижает расход реагентов и минимизирует образование токсичных отходов в таких процессах, как ацилирование по Фриделю – Крафтсу. Особый интерес представляет эпоксидирование олефинов, потому что оно часто связано с рисками теплового разгона и не очень высокой селективностью.  Контролируемое высвобождение пероксида водорода из микроконтейнеров предотвращает опасные локальные концентрации, делает экзотермические реакции более плавными и подавляет нежелательное раскрытие эпоксидных колец под действием кислоты. Таким образом, технология УМК представляет собой комплексный подход, который учитывает безопасность, селективность, экономию ресурсов и экологию, ставит УМК в основу для перехода к более умным, эффективным и устойчивым процессам производства в будущем.


Список литературы
1. Умные микроконтейнеры. Транспортировка и переработка / Г.Б. Сухоруков, В.В. Ерохин, А.А. Замрий, Н.В. Викторова // Нефть России. – 2019. – Ноябрь. – С. 61–63.
2. Замрий̆ А.В., Викторова Н.В.  Умные микроконтейнеры // Нефтегазовая вертикаль. – 2019. – № 10. – С. 27–31.
3. Технология «Умные микроконтейнеры» и направления ее  применения в нефтегазодобыче, нефтехимии и химии / А.С. Сигов, А.Л. Максимов, С.В. Антонов [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2025. – № 6. – С. 88–92. – https://doi.org/10.24887/0028-2448-2025-6-88-92. – EDN: NIVSYO
4. Применение умных микроконтейнеров в процессах полимеризации. Часть 1 / А.Л. Максимов [и др.] // Нефтегазовая вертикаль. – 2021. – № 11. – С. 92–97.
5. Mechanism of Friedel-Crafts acylation using metal triflate in deep eutectic solvents: An experimental and computational study / M.-T.T. Nguyen [et al.] //
ACS Omega. – 2023. – V. 8. – No. 1. – P. 271–278. – https://doi.org/10.1021/acsomega.2c03944. – EDN: DATHIL
6. Sartori G., Maggi R. Use of solid catalysts in Friedel−Crafts acylation reactions // Chem. Rev. – 2006. – V. 106. – No. 3. – P. 1077–1104. – https://doi.org/10.1021/cr040695c. – EDN: LNFJZL
7. Kobayashi S., Nagayama S.A. Microencapsulated Lewis acid. A new type of polymer-supported Lewis acid catalyst of wide utility in organic synthesis // J. Am. Chem. Soc. – 1998. – V. 120. – No. 12. – P. 2985–2986. – https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2023.106950
8. Ultrasound assisted microencapsulation of zinc triflate in polyethersulfone as an efficient regioselective catalyst for Friedel-Crafts acylation reaction / K.A. Alamry [et al.] // Polymer. – 2019. – V. 189. –August. – P. 122–123. – https://doi.org/10.1016/j.polymer.2019.122123
9. An efficient H2O2-based propylene to propylene oxide (HPPO) reaction catalyzed by ZnO/ZnO2 materials / G.Y. Nigussie [et al.] // J. Mater. Chem. A. – 2025. –
V. 13. – No. 7. – P. 5261–5274. – https://doi.org/10.1039/d4ta08256g. – EDN: PMHDYM
10. Review and perspectives on TS-1 catalyzed propylene epoxidation / J. Yang [et al.] // iScience. – 2024. – V. 27. – No. 3. – P. 1–46. – https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109064. – EDN: GADZFE
11. In-depth understanding of acid catalysis of solvolysis of propene oxide over titanosilicates and titanosilicate/H2O2 systems / L. Wu [et al.] // J. Catal. – 2016. –
V. 337. – P. 248–259. – https://doi.org/10.1016/j.jcat.2016.01.028
12. Study on reaction mechanism and process safety for epoxidation / C. Cheng [et al.] // ACS Omega. – 2023. – V. 8. – No. 49. – P. 47254–47261. – https://doi.org/10.1021/acsomega.3c07461. – EDN: FCHYTR
13. Achary P.G.R., Toropova A.P., Toropov A.A. Prediction of the self-accelerating decomposition temperature of organic peroxides // Process Saf. Prog. – 2021. –
V. 40. – No. 2. – P. 1–10. – https://doi.org/10.1002/prs.12189
14. New thermal runaway risk assessment methods for two step synthesis reactions / J. Jiang [et al.] // Org. Process Res. Dev. – 2018. – V. 22. – No. 12. –
P. 1772–1781. – https://doi.org/10.1021/acs.oprd.8b00266
15. Yuan Z., Ni Y., Van Heiningen A.R.P. Kinetics of the peracetic acid decomposition: Part II: pH effect and alkaline hydrolysis // Can. J. Chem. Eng. – 1997. – V. 75. –
No. 1. – P. 42–47. – https://doi.org/10.1002/cjce.5450750109
16. Preparation of peracetic acid from hydrogen peroxide / X. Zhao [et al.] // J. Mol. Catal. A Chem. – 2007. – V. 271. – No. 1–2. – P. 246–252. – https://doi.org/10.1016/j.molcata.2007.03.012. – EDN: MKFRJV
17. Catalytic developments in the epoxidation of vegetable oils and the analysis methods of epoxidized products / P.T. Wai [et al.] // RSC Adv. Royal Society of Chemistry. –  2019. – V. 9. – No. 65. – P. 38119–38136. – https://doi.org/10.1039/c9ra05943a. – EDN: ZRHYTG
18. Epoxidation of linseed oil by performic acid produced in situ / R. Turco [et al.] // Ind. Eng. Chem. Res. – 2021. – V. 60. – No. 46. – P. 16607–16618. – https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c02212. – EDN: RVTZTB
19. Lewandowski G., Kujbid M., Wróblewska A. Epoxidation of 1,5,9-cyclododecatriene with hydrogen peroxide under phase-transfer catalysis conditions: influence of selected parameters on the course of epoxidation // Reac Kinet Mech Cat. – 2021. – No. 132. – P. 983–1001. – https://doi.org/10.1007/s11144-021-01960-7. – EDN: LFCUGE
20. Эпоксидирование олефинов в присутствии молибденовых катализаторов на основе пористых ароматических каркасов / В.А. Ярчак, Л.А. Куликов,
А.Л. Максимов, Э.А. Караханов // Нефтехимия. – 2023. – Т. 63. – No. 1. – С. 100–109. – https://doi.org/10.31857/S0028242123010094. – EDN: ULBEKM
21. Anozie U. C., Ju L. K. Microencapsulation of sulfur by calcium alginate //Journal of Applied Polymer Science. – 2020. – V. 137. – No. 34. – P. 49005. – https://doi.org/10.1002/app.49005. – EDN: NXQQGW
22. Preparation and Application of Poly (melamine-urea-formaldehyde) Microcapsules Filled with Sulfur / J. Li [et al.] //Polymer-Plastics Technology and Engineering. – 2011. – V. 50. – No. 7. – P. 689–697. – https://doi.org/10.1080/03602559.2010.551389
23. Preparation and Morphological Investigation of Sulfur Microcapsule Produced in Scale-Up Process via In Situ Polymerization / Z.S. Zhang [et al.] //Advanced Materials Research. – 2012. – V. 479. – P. 636–639. – https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.479-481.636