Доклад по науке астана-Алматы, 2016 ббк 72,3 а 12 Национальный доклад по науке издается в соответствии с «правилами», утвержденными Указом



страница5/20
Дата17.10.2016
Размер4.22 Mb.
ТипДоклад
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

- научные основы предвидения каталитического действия;

- синтез катализаторов с заранее заданными и регулируемыми свойствами;

- новые катализаторы и технологические процессы в нефтехимии и нефтепереработке;

- научные основы приготовления и разработка промышленных технологий синтеза катализаторов;

- нанотехнологии в катализе;

- физико-химические исследования каталитических процессов и катализаторов нефтехимии и нефтепереработки;

- тонкая органическая химия и фармацевтика;

- экологический катализ.

Особое внимание исследователей в мире привлекает дизайн новых каталитических систем, их дезактивация и регенерация, применение этих каталитических процессов в различных технологических областях. Молекулярным дизайном активных центров для процессов риформинга, изомеризации углеводородов, а также новым технологиям, связанным с вовлечением в переработку нефтяного и попутного газа (процессы Биформинг, Бинар, Экоформинг) были созданы новые бифункциональные катализаторы, установлено строение и структура активных центров; исследование влияния закономерностей нанесения прекурсоров на топографию их распределения в пористой структуре носителя, разработка приемов регулирования пористой и кристаллической структуры алюмоокcидных носителей, разработка и создание новых методов модифицирования кислотных свойств и степени дефектности наночастиц катализатора.

Новые перспективы открываются как за счет улучшения известных каталитических систем, так и благодаря разработке новых: наноразмерных, наноструктурированных, мезопористых, а также материалов с иерархическим распределением пор. Проводится широкий и глубокий поиск новых материалов и методов синтеза катализаторов со специфическими свойствами. Наряду с традиционными металлическими, оксидными катализаторами, цеолитами приобретают значение карбиды, сульфиды, нитриды металлов, стекловолокнистые и углеродные материалы, окисленные алмазы, микрокристаллическая целлюлоза, твердые кислоты и основания, мембранные катализаторы [44].

К новым приемам синтеза относится широкое применение сверхкри-тических растворителей (СО2, углеводороды) в синтезе катализаторов и в «собственно» катализе. Сверхкритические условия позволяют объединить положительные качества гомогенного и гетерогенного катализа.

Нашли применение в катализе ионные жидкости - низкотемпературные расплавы солей, содержащие органический катион (типа алкилимидазолия или алкилпиридиния) и неорганический анион (например, BF4-, PF6-, А12Сl7-). Необычные свойства ионных жидкостей позволяют уменьшить потребление катализатора и объем реактора, повысить селективность, осуществить новые каталитические реакции.

Все большее значение приобретают различные способы стимулирования катализатора или каталитического процесса до или во время реакции. Перспективно применение механохимической, радиационной, лазерной активации для приготовления катализаторов и носителей, электрокатализа, фотокатализа, магнетокатализа.

В области электрокатализа и топливных элементов разработаны новые катодные и анодные материалы для среднетемпературных твердооксидных топливных элементов. Нанокомпозитные материалы обеспечивают высокую эффективность как катодов, так и анодов топливного элемента, в том числе при использовании в качестве топлива влажного водорода или метана, насыщенного парами воды. Внимание уделено также твердоэлектролитным топливным элементам [45].



Катализ в нефтегазопереработке и нефтехимии

Основная часть энергопотребления и производства химической продукции в современном мире связана с переработкой углеводородного сырья - многие каталитические процессы переработки длинноцепочных и низших углеводородов в настоящее время и в ближайшем будущем. Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества – основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью. Решение этих задач в условиях, когда непрерывно возрастает доля переработки сернистых и высокосернистых нефтей, вовлекаются в процесс всё более тяжелые фракции, позволяющие повысить глубину переработки нефти с целью увеличения выхода топлив, потребовало изменения технологий переработки нефти и стимулировало наращивание мощностей гидрогенизационных процессов, в первую очередь гидроочистки, гидрооблагораживания и гидрокрекинга.

В передовых в технологическом отношении странах глубина переработки нефти превышает 90%, в России 70%, в Казахстане 55-60%. Продолжают интенсивно разрабатываться и изучаться катализаторы нефтепереработки, переработки твердого органического сырья (уголь, сланцы) и процессов нефтехимического синтеза. Это модифицированные катализаторы крекинга и риформинга, катализаторы гидродесульфуризации (HDS) и денитрофикации (HDN) [46]. В этом аспекте особое внимание уделяется повышению стабильности против серусодержащих ядов, дезактивации и регенерации катализаторов.

В Институте проблем переработки углеводородов РАН (г. Омск) разрабатываются новые процессы риформинга, крекинга, алкилирования и изомеризации: бикрекинг, биформинг.

Экологические требования к топливам становятся жестче из года в год, так содержание бензола и ароматических углеводородов постоянно снижается спецификациями международных стандартов ЕВРО-4,5,6.

Важное место в нефтехимических процессах занимает окисление. Показана высокая эффективность и стабильность к зауглероживанию нанокомпозитных компонентов, включающих наночастицы сплавов никеля и платины на сложных оксидных носителях (перовскиты, флюориты) с высокой кислородной подвижностью при окислении углеводородов и кислородсодержащих соединений в синтез-газ [47].

Избирательность, как известно, является ключевым вопросом для всех каталитических реакций и конечной целью применения. Однако эта проблема становится еще более актуальной для реакций селективного окисления, поскольку наиболее термодинамически стабильным продуктом окисления является углекислый газ, который выступает ещё и в качестве парникового газа. Ведутся работы по повышению селективности таких окислительных процессов, как парциальное окисление углеводородов, селективное окисление спиртов, эпоксидирование алкенов и терпенов, аминоокисление, окислительное дегидрирование, окисление СО (Prox). Предложены новые концепции осуществления реакций, такие как one-pot синтез, тандемный синтез и синтез в присутствии бифункциональных катализаторов.

Алкилирование как легких углеводородов с целью синтеза высокооктановых компонентов топлив, так и ароматических углеводородов для синтеза алкилбензолов, в частности этилбензола, лучше всего протекает на модифицированных цеолитсодержащих катализаторах [48].

Вследствие трудностей с запасами углеводородных топлив, интерес к синтезу Фишера-Тропша в последнее время резко возрос. Синтез углеводородов по Фишеру-Тропшу может осуществляться из разных видов сырья: угля, природного газа, биомассы, в последние годы также горючих сланцев. Большим преимуществом синтетического топлива является отсутствие в нем серы и ароматических углеводородов.

B последние годы интенсивно разрабатываются новые одноцентровые металлоценовые катализаторы полимеризации с различной координацией активных центров, способные создать новые полипропилены с различной структурой и свойствами, с узким распределением полимерных молекул по молекулярной массе. Эффективность металлоценовых катализаторов при 110-170°С составляет от 150000 до 750000 г полимера на 1 г катализатора.

Получение моторного топлива из природного газа может проходить тремя путями: 1) GTL (gas-to-liquid) - получение синтез-газа конверсией метана, а далее синтез Фишера-Тропша и гидроизомеризация; 2) GTG (gas-to-gas) – переработка синтез-газа в диметиловый эфир; 3) нетрадиционный GTL - прямое превращение природного газа в ароматические соединения на катализаторе Мо2С/ZSМ-5, исключающее дорогостоящий процесс получения синтез-газа [47]. В конверсии метана много внимания уделяется использованию мембран, позволяющих разделять воздух, что дает возможность обойтись без строительства кислородных заводов, и тем самым удешевить процесс.

Мировой сбыт катализаторов нефтепереработки: 30,8% катализаторы крекинга, 37,6% - гидроочистки и гидрообессеривания, 6,4% - гидрокрекинга, 4,4% - риформинга, 20,8% - прочие.



Катализ и энергия. По последним оценкам, нефти хватит примерно на 50 лет, природного газа - на 60 лет, каменного угля - на 230 лет, тяжелых углеводородов в песках (Венесуэла, Канада и др.) - на 330 лет. На разработку альтернативных источников энергии (биомасса, ветер, солнечная энергия) выделяются большие средства, но они большого вклада в общий баланс энергии не дают (кроме ядерной энергии). Носителями энергии, которые будут применяться в автомобильном транспорте, являются бензин, дизельное топливо, синтез-газ, метанол, этанол, диметиловый эфир, LPG (пропан-бутановая фракция), водород.

Широко развернулись работы по водородной энергетике. Водород - экологически чистое топливо - можно получить из различных источников: природного газа, нефти, угля, биомассы, с помощью электрической и солнечной энергии; однако все способы дороги. На сегодня самым дешевым остается получение Н2 методом паровой конверсии метана. Этим методом в мире получают более 95% водорода.

Непосредственное разложение воды с выделением водорода в одностадийном процессе может обладать большей эффективностью по сравнению с двухстадийным процессом, состоящим из выработки электроэнергии солнечными батареями и затем электролиза воды с участием органического донора электрона (глицерин) и неорганических доноров электрона S2/SO32.

Каталитическая переработка возобновляемого сырья

Согласно мировым прогнозам, через 15 лет объем топлива, вырабатываемого из возобновляемого сырья, сравняется с объемом добываемой нефти. Основные проблемы в этом аспекте – комплексная и глубокая переработка растительного сырья с получением ценного химического сырья и продуктов топливного назначения. Использование возобновляемого растительного сырья в энергетических целях позволит не только снизить рост потребления традиционных ископаемых энергоносителей, но и уменьшить техногенную нагрузку на окружающую среду, в том числе и по выбросам углекислого газа. Основное внимание уделяется фундаментальным основам каталитических превращений продуктов переработки биомассы и разнообразного возобновляемого растительного сырья, изучению процессов пиролиза и газификации: получение биодизеля в присутствии гетерогенных катализаторов; получение высокоцетанового дизеля из растительных масел путем гидрокрекинга; каталитическое облагораживание продуктов пиролиза биомассы; получение биосингаза паровым риформингом карбонизированной биомассы; получение микро- и мезопористых углеродных материалов из биомассы; сжигание низкокалорийного твердого топлива в кипящем слое катализатора.

Основное внимание уделяется разработке катализаторов и процессов для получения биодизеля, гриндизеля - топлив с высоким цетановым числом. Сопряженные процессы переэтерификации и мягкого гидрокрекинга позволяют комплексно перерабатывать в биотопливо различные растительные масла и другое растительное сырье, возможно также использование еще одного вида возобновляемого сырья - продуктов пиролиза древесины. Эти процессы "автоматически" соответствуют концепции устойчивости: используется возобновляемое сырье; при его получении потребляется, а не выбрасывается СО2; из-за того, что сырье по химической форме ближе ко многим целевым продуктам, чем, например, углеводородное, возможно уменьшение числа стадий синтеза [49].

Много исследований посвящено различным подходам к переработке глицерина. На сегодня это одна из "горячих" тем в катализе, поскольку глицерин является почти неизбежным побочным продуктом переработки продуктов биологического происхождения (жиров) в компоненты дизельного топлива. Достаточно большой блок работ был посвящен проблеме переработки глицерина, что показательно для Европы, столкнувшейся с переизбытком этого продукта переработки масел растительного происхождения в биодизельное топливо.



Катализ и экология

В последние годы объем продаж катализаторов для экологических целей занимает первое место, обогнав традиционно передовые катализаторы нефтепереработки. Экологический катализ оформился в отдельное направление, связанное с охраной окружающей среды: воздушного пространства, водных и почвенных ресурсов. Глобальное нарушение экологического состояния природы привело к принятию в США и странах западной Европы жесткого законодательства по охране воздуха, воды и почвы. Основные методы очистки отходящих газов и воды являются каталитическими.

Решаются проблемы экологического катализа, связанные с применением нанотехнологий, а также ресурсосберегающих и средозащитных технологий в катализе. Особое внимание уделено применению альтернативных компонентов каталитических систем, внедрению новых экологически чистых материалов и способов синтеза катализаторов, которые улучшают качество получаемых топлив. Работы по экологии, среди которых на первом месте стоят разработки, касающиеся каталитической очистки выхлопных газов автомобилей. Интерес исследователей в этой области переместился от очистки газов карбюраторных двигателей (эта проблема, видимо, считается более или менее решенной) к очистке выхлопных газов дизельных двигателей. Катализаторы газоочистки по стоимости составляют около 1/3 от всех применяемых катализаторов. Движущей силой для разработки и усовершенствования катализаторов газоочистки стали «Законы о чистом воздухе». После этого нормы на выхлопы вредных газов во всех странах непрерывно ужесточались. Были разработаны так называемые трехмаршрутные катализаторы, позволяющие очищать газы бензиновых двигателей от СО, NО и углеводородов [50].

Фирма «Daihatsu Motor Co» (Япония) разработала Pt- и Pd-перовскитные катализаторы очистки автомобильных газов, в котором ионы Pt или Pd атомарно внедрены в решетку Cu-Ni-перовскита в окислительной атмосфере. С помощью физических методов показано, что в восстановительной атмосфере на катализаторе образуются наночастицы Pt или Pd, при этом удалось уменьшить содержание благородного металла на 70%.

В последнее время резко возросло число исследований по очистке сточных вод [51]. Большая их часть посвящена фотокаталитической очистке воды с катализатором ТiO2, но во многих работах применяется «мокрое» каталитическое окисление такими окислителями, как О2, Н2О2 и О3. Применяют окисление в сверхкритических условиях, ультразвуковую обработку, электронные пучки и плазмокаталитическую обработку. Особое внимание уделяется очистке воды в электронной промышленности, где требуется особо чистая вода. Каталитическое озонирование эффективно для очистки питьевой воды от органических примесей. С использованием фотокатализа на полупроводниках проводится очистка сточных вод, воздуха и утилизация других отходов (разложение Н2S, окисление СО, NOx и др.).

Основные процессы фотокатализа: выделение водорода из воды, самоочищающиеся поверхности, деструкция отравляющих веществ, дезинфекция, фотокаталитические синтезы катализаторов, фотокаталитические синтезы органических веществ, очистка воды.

Существует направление «Зеленые каталитические технологии», которое отражает использование гетерогенных катализаторов на основе экологически чистых природных материалов, например перовскитов и гетерополикислот.

Новые методы исследования катализаторов и каталитических процессов

Общее оснащение лабораторий и применение физических инструментальных методов в катализе за последние годы возросло [52]. Существенно усовершенствованы и традиционные методы исследования: ИК-, УФ-, рентгеновская спектроскопия, ЭПР и др. Современные методы позволяют не только анализировать состояние вещества, в частности, катализаторов и носителей на атомно-молекулярном уровне, но и визуально наблюдать протекание некоторых химических реакций во времени.

В последнее время появился термин «operando» - общие проблемы спектроскопии в катализе in situ, т.е. в условиях катализа. Особое внимание уделено двум проблемам: 1) разработка спектроскопии in situ с высоким разрешением по времени и 2) разработка микроспектральных методов в катализе in situ.

Кроме экспериментальных методов, происходит совершенствование и развитие теоретических методов в катализе. Сюда включаются квантово-химические расчеты исходных соединений, катализаторов и переходных состояний (интермедиаты), содержащих как молекулы (ионы, атомы) катализатора, так и фрагменты молекул субстратов или внестехиометрических компонентов.



Технологические аспекты катализа

В последнее время были разработаны новые технологии приготовления катализаторов, реакторные технологии и типы реакторов или структурированных катализаторов (монолиты, тарельчатые системы, сетки, ячеистые материалы и др.), которые во многих случаях продемонстрировали преимущества в сравнении с традиционными системами, в частности в экзотермических реакциях, например, парциальном окислении углеводородов, гидрировании различных соединений, получении продуктов из синтез-газа и др.

В области конструирования новых каталитических реакторов с учетом тепло- и массопереноса разработаны: 1) микрореакторы, в которых тепло, выделяемое при сжигании кокса, используется для нагрева в основной эндотермической реакции; 2) реакторы, в которых осуществляется одновременное проведение экзотермической и эндотермической реакций с внутриреакторным теплообменом; 3) каталитический реактор с одновременной дистилляцией.

Например, в окислительном катализе применяются новые технологии:

1) окисление в кипящем слое;

2) реактор с восходящим потоком (riser-reactor) и регенератором в кипящем слое - осуществлен фирмой «DuPont»;

3) реактор с переключением потока - предложен Г.К. Боресковым и Ю.Ш. Матросом;

4) миллисекундные времена контакта позволяют изменить направление процесса и увеличить выход;

5) вращающийся реактор;

6) микрохимические реакторы с быстрой циркуляцией сырья;

7) катализатор, нанесенный на стенку реактора, интегрированный по теплу;

8) суспензионный реактор - применялся для окисления циклогексана в дикарбоновые кислоты;

9) мембранные реакторы позволяют осуществлять сопряженные реакции;

10) катализ в гомогенной газовой среде.

Одним из перспективных направлений в катализе, безусловно, следует считать и каталитическую дистилляцию - процесс, сочетающий катализ и разделение продуктов и исходных веществ, который снижает капитальные и эксплуатационные расходы, увеличивает выход продукта для реакций, ограниченных термодинамическим равновесием, использует тепловой эффект реакции в процессе дистилляции, повышает селективность по целевому продукту в результате разделения непосредственно в каталитическом реакторе, снижение количества отходов и побочных продуктов, а также увеличение срока эксплуатации катализатора.

Нанотехнология и катализ

Обычно каталитическая активность гетерогенных катализаторов прямо пропорциональна доступной активной поверхности. Увеличение поверх-ности достигается диспергированием активного компонента катализатора или созданием мельчайших пор внутри него - в пределе до нанометровых размеров. В последнее время удалось обеспечить и пространственное структурирование («3D») – популярными стали цеолиты и мезопористые материалы, имеющие ажурную структуру, пронизанную системой пор и каналов нанометрового размера.

Развивается новое направление каталитической нанонауки, которая занимается развитием методов синтеза стабильных наноразмерных частиц металла с однородным и варьируемым распределением по размерам и форме (эпитаксиальный рост, формирование полиядерных комплексов в растворе, использование мезопористых материалов в качестве носителей и т.д.

Применение наноструктурированных полимеров (амфифильные блоксополимеры, полиэлектролиты, сверхсшитые полистиролы) в формировании наночастиц металла позволяет контролировать размер и свойства наночастиц. Варьируя компоненты системы (растворитель, полимер, носитель, субстрат, модификатор) можно формировать каталитически активные наночастицы для различных реакций тонкого органического синтеза [52].

Реальные проблемы нанохимии в катализе на наненесенных частицах металлов исследованы в Институте им. М. Планка (Мюльхайм, Германия), который стал одним из ведущих в мире по исследованию физики катализа. Наночастицы металлов применяются в катализе уже несколько десятилетий, хотя нанотерминология появилась недавно.

Высокая активность наночастиц на основе золота в реакциях окисления впервые открыта в Каталитическом центре Саппоро, Япония. Устойчивость коллоидов золота, платины и других металлов достигалась за счет капсулирования индивидуальных наночастиц металлов внутри полостей из TiО2 или ZrО2 с проницаемой оболочкой. В такой сфере может поместиться только одна частица, а поэтому спекание происходит только при 800°С.



Перспективы развития катализа в мире

Катализаторы – это один из наиболее наукоемких видов химической продукции широкого применения в нефтепереработке, химической и нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, экологии и энергетики. Рост цен на традиционное сырье, необходимость вовлечения нетрадиционных сырьевых источников, необходимость углубления переработки сырья и производства продукции с высокими потребительскими свойствами и стоимостью диктуют ускоренное инновационное развитие каталитических технологий, в том числе использования нанотехнологических концепций синтеза катализаторов нового поколения.

В науке катализ будет продолжаться сближение понятий, определений, методических подходов к трактовке механизма действия гетерогенного, гомогенного и ферментативного катализа. На этой основе, а также в результате дальнейшей детальной расшифровки состава, строения (структуры) и механизма действия природных катализаторов с использованием новейшей техники и новых методов будут созданы синтетические энзимоподобные катализаторы.

Молекулярно-атомарный дизайн каталитически активных центров с высокими характеристиками, наноразмерными структурами. Новые каталитические материалы и экологически чистые (eco-friendly) реакции в новых областях: новые микро- и мезопористые материалы, твердые суперкислоты и основания и т.д.

Новый экологический катализ развивает и создает технологии полного обезвреживания отходов процесса.

В нефтепереработке будет происходить диверсификация каталитических процессов, направленная на рост числа новых процессов риформинга нефти. Потребуется много новых катализаторов для переработки тяжелых фракций, в том числе глубокая десульфуризация дизельных фракций и мазута. В реакциях нефтепереработки важно достичь баланса по водороду (получение Н2 в одних процессах, потребление его в других). Ключевые процессы для нефтепереработки в ближайшем будущем - глубокий гидрокрекинг, изомеризация н-гептана (т.к. на него приходится «октановая яма» в зависимости октанового числа от числа атомов С в линейных парафинах), раскрытие кольца в полициклических углеводородах (чтобы они не превращались в канцерогенные ароматические). Среднее время разработки одного катализатора в нефтепереработке составляет более 5 лет.

Поскольку запасы нефти в скором времени будут исчерпаны, то нефтехимия постепенно трансформируется в газохимию – переработка попутных, природных газов. Новые нефтехимические производства будут работать на газовом сырье. Переработка природного газа в жидкое топливо (gas-to-liquid) станет главнейшей отраслью каталитической химии. На рисунке 3.1 приведена схема нефтехимического завода будущего на газообразном и твердом сырье.

Из процессов превращения газа в дизельное топливо синтез Фишера-Тропша становится экономически выгодным, поскольку можно получать бессернистое дизельное топливо. Перспективен диметиловый эфир как экологически чистый заменитель дизельного топлива.



Рисунок 3.1. Нефтехимический завод будущего
Для создания конкурентоспособных энерго- и ресурсосберегающих промышленных каталитических процессов необходимо решать следующие актуальные проблемы катализа и нефтепереработки:

  1. Превращение метана и алканов, повышение уровня утилизации попутного газа.

  2. Повышение качества продуктов нефтепереработки и нефтехимии.

  3. Энергетика, включая получение чистого водорода.

  4. Экология, в том числе очистка выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и стационарных энергетических установок.

  5. Биотехнология и многофазные системы. Получение биотоплива.

  6. Синтез материалов с заданными свойствами.

  7. Полимеризация.

  8. Технология производства катализаторов, включая методы нанотехнологии.

  9. Каталитические процессы в производстве продуктов тонкого органического синтеза, в том числе фармацевтических препаратов.

Будут широко использоваться многофункциональные реакторы с совмещенными процессами, особенно для малотоннажных каталитических процессов. Совмещение реакционных и массо- и теплообменных процессов имеет целью повышение выхода целевых продуктов и уменьшение затрат энергии. Сочетание этих процессов позволяет повысить интенсивность как реакционных, так и массообменных процессов и преодолеть термодинамические ограничения.

Перспективно применение ферментативного катализа в нефтехимии. Например, разработан уже целый ряд процессов, позволяющих получать из СО2 при помощи ферментативного катализа не только этанол, но и ряд базовых нефтехимических продуктов, например, биоразлагаемых полимеров.



Состояние развития катализа в Казахстане

Институтом топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского (ИТКЭ) ведется разработка высокоэффективных катализаторов для процессов переработки нефти: гидропереработка, крекинг, изомеризация н-алканов, риформинг и алкилирование. Создание промышленных технологий производства катализаторов различного назначения из минерального сырья Казахстана, создание новой технологии одностадийного процесса каталитической переработки тяжелого газойля в бензиновую и дизельную фракцию; крекинга тяжелых фракций; гидрообессеривания; гидроизомеризации и алкилирования; разработка технологии каталитической переработки гидроконденсата, нефтяного и попутного газов в бензин, олефины и ароматические углеводороды; разработка технологии и катализаторов процессов парциального окисления метана и риформинга метана диоксидом углерода с получением синтез-газа с последующим синтезом кислородсодержащих соединений; синтез экологичных высокооктановых добавок к топливам; создание катализаторов и технологии для нефтехимического синтеза на базе углеводородного сырья путем окисления, окислительного фосфорилирования для получения кислород-, азот-, винил- и фосфорсодержащих соединений; разработка технологии переработки и утилизации сероводорода, серы, техногенных нефтяных отходов, углеводородсодержащих выбросов нефте-перерабатывающих предприятий и транспорта.

КазНУ им. аль-Фараби исследует проблемы по каталитическому и нефтехимическому направлениям:

- создание и внедрение нового двухкаскадного процесса каталитического ожижения бурых углей, разработка методов химической и физической активации и получения из них жидкого топлива, разработка высокоэффективных катализаторов  на основе гуматов углей Казахстана.

- создание катализаторов крекинга тяжелых нефтяных фракций и мазутов на базе минерального сырья Казахстана (природных цеолитов и глин казахстанских месторождений).

- карбонилирование алкенов и оксиаренов оксидами углерода (СО и СО2) в присутствии металлокомплексных катализаторов нового поколения,

- разработка катализаторов изомеризации бензиновых и других фракций нефти на основе казахстанских бентонитовых глин и природных цеолитов,

- технология и катализаторы процесса ароматизации легких углеводородов парафинового ряда в присутствии радиационно-модифицированных катализаторов,



- создание научных основ плазменной технологии получения синтез-газа из органической массы и ценных компонентов из минеральной массы угля.  

В Институте химических наук им. А.Б. Бектурова исследуются проблемы замазученности грунтов.

В Институте органического синтеза и углехимии РК разрабатываются катализаторы и технологии гидрогенизации углей, исследуется электрокаталитическое восстановление углеводородов с различными функциональными группами.

Перспективы развития катализа и нефтехимии на ближайшие годы в Казахстане определяются «Основными приоритетными направлениями развития науки в области химико-технологических наук». В них представлена следующая тематика по кинетике и катализу в фундаментальной и фундаментально-прикладной областях:

1.  Теория предвидения каталитического и электрохимического действия
металлических, кластерных и полупроводниковых систем и управление их
реакционной способностью как основа создания новых высоких технологий.

2. Новые материалы и вещества с заданными свойствами.

3. Создание новых технологий синтеза продуктов малотоннажной химии. Производство катализаторов, сорбентов, органических и неорганических реактивов, медицинских и биологически активных препаратов.

4. Создание научных основ, разработка технологии и нового поколения катализаторов переработки нефти для получения топлив и химического сырья для различных отраслей промышленности, в т.ч. мономеров.

5. Создание новых технологий и катализаторов переработки природного, сопутствующего углю и нефти газа в товарные химические продукты для нефтехимического синтеза.

6. Разработка технологии комплексного освоения месторождений угля, нефти, газа, горючих сланцев, битумов, создание нового поколения катализаторов безотходной технологии и их переработки в промышленно важные ценные химические продукты и вещества.

В Казахстане исследования по катализу и нефтехимии по научному уровню соответствуют мировой науке, но экспериментальная часть исследований и особенно применение современных физико-химических методов отстает от продвинутого научного сообщества на 20 лет. Требуются организация и непрерывное финансирование широкомасштабных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области катализа и нефтехимии, которые в будущем позволят обеспечить высокий уровень и качество новых технологий, материалов и изделий. Подготовка кадров – это «узкое» место в развитии катализа, сократилось количество студентов по специальности катализ, учебная и материальная база для подготовки специалистов оставляет желать лучшего. Необходимо направлять на стажировки молодых ученых в известные каталитические институты и центры России и дальнего зарубежья.

Состояние развития катализа в мире

Катализ в странах Западной Европы, США и Японии традиционно охватывает все направления, где имеются высокооснащенные современные лаборатории, которые принадлежат не только университетам, но и крупным компаниям – Mobil, Haldor Topse, Total, BASF и др. В целом, в мире наблюдается некоторое распределение направлений катализа. Например, исследования по фотокатализу наиболее сильны в Японии и Южной Корее, по каталитической переработке биомассы в биотопливо – мощные достижения в Бразилии.

Ассоциация по катализу, которые объединены в Европейскую ассоциацию (EFCAT), Северной Америки (North American Catalysis Society) и Азиатско-Тихоокеанскую (АРСАТ). Каждые 4 года проводится всемирный конгресс по катализу (всего 15 International Congress on Catalysis), каждые 2 года – Европейский конгресс по катализу (всего 10 Europacat), каждые 3 года APCAT (всего 5), каждые 3 года NACS (всего 22). Кроме этого, проводятся специальные конференции - по цеолитам, по катализу в тонкой органической химии, нанокатализаторам, по реакторам и др. Эти мероприятия способствуют международному сотрудничеству в области катализа, обмену опытом, созданию международных исследовательских групп по определенным направлениям.

Для развития катализа в Казахстане требуются:

1) организация и непрерывное финансирование широкомасштабных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области катализа и нефтехимии, которые в будущем позволят обеспечить высокий уровень и качество новых технологий, материалов и изделий;

2) оснастить лаборатории современным оборудованием, обучать специалистов, осуществлять взаимовыгодное международное научное сотрудничество;

3) необходимо создать Институт топлива, специализирующийся на испытаниях, стандартизации и допуску к производству высококачественных топлив, прежде всего, отечественного авиационного топлива;

4) особое внимание уделить созданию завода по производству катализаторов для переработки нефти и газа, нефтехимических синтезов и др. процессов. Разрабатывать каталитические технологии газохимического крыла с переработкой метана и других низших алканов, что важно для Казахстана, обладающего огромными запасами природного и попутных газов.

Перспективы развития химии и химической технологии

Перспективы развития химии многогранны. Так, в работе [53] рассмотрены методы синтеза нанопорошков, нановолокон и пленок на основе диборидов титана, циркония и гафния. Проанализированы приемы консолидации наночастиц с целью получения объемных наноструктурных образцов. Обобщены сведения о физико-химических и физико-механических свойствах этих объектов и проанализирована роль размерных эффектов. Приведены данные о термической стабильности и влиянии радиационных, деформационных и коррозионных воздействий на наноструктуры TiB2, ZrB2 и Hffl2. Отмечены малоизученные аспекты рассматриваемой области исследования.

Информация о наноструктурных диборидах титана, циркония и гафния довольно неоднородна и касается в основном расширения методов синтеза нанопорошков и пленок. Сведения о консолидации порошков и роли размерных эффектов в этих процессах по прежнему остаются скудными и эмпирическими. В связи с возможным широким спектром применения нано-материалов на основе боридов переходных металлов следует оптимизировать наиболее производительные методы получения нанопорошков боридов и детально рассмотреть возможность их полной консолидации с сохранением наноструктуры.

В теоретическом отношении более продвинутыми и плодотворными кажутся исследования нанотрубок диборида магния и алмазных пленок; в таких исследованиях установлена взаимосвязь стабильности физических свойств с размерными эффектами. Для понимания возможной эволюции электронно-энергетическогого спектра многое могло бы дать изучение низкотемпературной электронной теплоемкости и парамагнитной восприимчивости наноразмерных диборидов; с помощью данных параметров можно уточнить плотность состояний на уровне Ферми для этих объектов.

В современной органической химии известно много методов получения циклопропановых структур. Среди них все большее значение приобретает электрохимический синтез. Развитие органической электрохимии связано с возрастающим научным и практическим значением исследований электрохимических превращений и создаваемых на их основе методов. Учитывая тот факт, что электрический ток является самым дешевым и экологически чистым «реагентом», роль органического электросинтеза в будущем должна возрасти в еще большей степени.

Циклопропановые структуры получают как при прямом, так и при непрямом электрохимическом воздействии на исходные соединения.

Перспективными электрохимическими методами синтеза циклопропанов в настоящее время являются непрямые электрокаталитические каскадные и многокомпонентные превращения СН-кислот, таких как малоновые и циануксусные эфиры, малононитрил, а также совместный электролиз СН-кислот и активированных алкенов или карбонильных соединений. Данные превращения осуществляют в присутствии медиаторов (галогенидов щелочных металлов) под действием генерируемых в бездиафрагменном электролизере галогена и основания. При этом используются каталитические количества медиатора и обеспечивается его регенерация. Такие процессы просты в экспериментальном оформлении, не нуждаются в сложном оборудовании и проводятся при высокой плотности тока в режиме постоянного тока, т.е. не требуют контроля потенциала электрода, что позволяет при высокой концентрации исходных соединений реализовать селективное построение циклопропанового фрагмента.

Наиболее известными электрокаталитическими методами синтеза функционально замещенных циклопропанов являются следующие процессы: окислительная циклизация СН-кислот; циклотримеризация СН-кислот; превращения СН-кислот и активированных алкенов; превращения СН-кислот и карбонильных соединений; многокомпонентный синтез циклопропанов электрокаталитическим превращением двух разных СН-кислот и карбонильных соединений.

Электролиз органических соединений в бездиафрагмен-ной ячейке без контроля электродного потенциала в присутствии галогенидов щелочных металлов в качестве медиаторов соединяет преимущества электрохимических и химических процессов. Перечисленные факторы делают эти методы доступными и универсальными для использования в стандартных условиях химических лабораторий [54].

Авторами работы [55] проанализированы и обобщены литературные данные о наноструктурированных материалах, полученных методом электроформования. Особое внимание уделено созданию и свойствам нанокомпозитных волокнистых материалов, а также способам модифицирования и функционализации поверхности волокон. Рассмотрены перспективы применения нетканых материалов в области инженерии биотканей и для создания «умных» материалов.

Электроформование (электропрядение, электроспиннинг) представляет собой процесс получения микро- и нановолокон неограниченной длины из полимерных растворов и расплавов под действием электрического поля.19

В основе большинства методов получения наноматериалов с достаточно высоким отношением длины к диаметру (наностержней, нанотрубок, наноусов) лежит принцип «снизу вверх», в соответствии с которым объект «собирается» из меньших по размеру частиц, молекул или атомов. Электроформование, в отличие от этих методов, представляет собой реализацию принципа «сверху вниз», когда наноразмерные объекты создаются в результате макроскопических процессов.

К достоинствам данного метода следует отнести относительную простоту и гибкость технологического процесса, низкую стоимость, а также возможность получения непрерывных ультратонких волокон практически из любых растворимых полимеров.

Авторами работы [56] систематизированы основные результаты исследований последних лет, посвященных наночастицам сульфида кадмия. Приведены данные о зависимости структуры и свойств наночастиц CdS от их размеров. Проанализированы возможности использования квантовых точек CdS в качестве биометок и сенсибилизаторов солнечных батарей. Описаны принципы, особенности и возможности метода химического осаждения из водных растворов для получения нанокристаллов CdS и гибридных форм на их основе с заданными структурой и свойствами.

Среди технологий получения наноструктурированных материалов типа «снизу вверх», в которой наночастицы образуются из атомов и молекул, метод осаждения из растворов выделяется простотой, низкой стоимостью и возможностью получения полупроводниковых соединений (в том числе CdS) в различных крупно- и наноструктурированных гибридных формах: в виде сплошных и дискретных пленок на поверхности любого размера и любой конфигурации, структур типа ядро-оболочка, агломерированных поликристаллов правильной формы, изолированных частиц в коллоидных растворах. В зависимости от вида сульфидизатора, химического сродства и возможности параллельного образования других твердых фаз можно получать частицы CdS различного размера с разной структурой.

Первые ожидания от использования наночастиц CdS в качестве квантовых точек с синим сдвигом люминесценции и высоким квантовым выходом оказались завышенными. Потребовались многолетние исследования, чтобы прояснить природу происходящих при люминесценции процессов. В настоящее время можно утверждать, что добиться желаемых люминесцентных свойств квантовых точек CdS можно с помощью сверхтонкого синтеза, направленного на контроль за размером частиц и пассивацию поверхности. Непосредственно свечение КТ необходимо для создания биометок и подкрашивания ДНК-молекул. При использовании КТ для фотокатализа и сенсибилизации солнечных элементов люминесцентные свойства не играют роли. В этих приложениях высокое значение имеет квантовый выход КТ, для повышения которого также необходимо учитывать влияние оже-процессов и поверхностных состояний. Среди множества методов синтеза частиц CdS для перечисленных областей использования КТ наиболее удачным представляется метод осаждения из водных растворов. В случае разработки биомаркеров синтез в воде позволяет исключить влияние агрессивной органической среды на биоструктуры.

В настоящее время человек постоянно находится в контакте с различными биологически активными веществами, которые оказывают влияние на его здоровье либо через среду обитания, либо по пищевым цепям. Именно поэтому необходимо знать, каково содержание этих соединений как до поступления в организм человека, так и после.

Среди объектов исследования биоаналитической химии заметно выделяется группа соединений, обладающих анти-оксидантными свойствами и влияющих на состояние системы антиоксидантной защиты живого организма. В настоящем обзоре обсуждены проблемы, связанные с анализом наиболее представительной группы антиоксидантов — фенольных соединений, которые представляют колоссальный набор из нескольких тысяч веществ, созданных природой в ходе эволюции. Эти соединения, обладая различной структурой и проявляя широкий спектр биологической активности, обеспечивают поддержание антиоксидантного равновесия, т.е. сохранение соответствующего окислительно-восстановительного баланса организма и поддержание его здоровья.

Знание о содержании биологически активных компонентов, в том числе фенольных антиоксидантов, в продуктах питания и объектах биомедицины имеет значение для прогнозирования их воздействия на организм человека и возможного терапевтического эффекта. Изучение свойств пищевых продуктов позволяет составлять диеты и давать рекомендации населению по структуре питания, а также использовать полученную информацию при создании новых пищевых продуктов и контроле их качества, в том числе и при хранении [57].

Фенольные антиоксиданты как компоненты сложных объектов биоаналитической химии требуют подхода не только с позиций биологии, медицины и химии, но и физики. На примере таких исследований видно, что только объединение усилий специалистов, деятельность которых протекает в рамках науки о жизни, может привести к результатам, имеющим практическую значимость. Появление на рынке лекарственных и фармацевтических средств, а также биодобавок, способствующих нормализации антиоксидантного статуса организма в целом и профилактике некоторых заболеваний, является следствием научных исследований и разработок, которые проводились в течение ряда лет в медико-биологических, биохимических, клинических и других лабораториях.

В работе [58] рассмотрены возможности электрохимического синтеза наноструктур и наноматериалов.

Исследования на наноуровне позволили по-новому взглянуть на некоторые классические представления и разделы электрохимии, а также на явления и процессы, которые давно были в центре внимания электрохимиков. В таких исследованиях генерировались новые, порой неожиданные, экспериментальные и теоретические подходы.

Следствием разработки эффективных электрохимических методов синтеза и модифицирования наночастиц стала возможность создания электрокатализаторов, близких к их модельным аналогам, которые используют в академических исследованиях. Однако выводы о более высокой активности тех или иных типов наночастиц не всегда подтверждены измерениями в стационарных (или квазистационарных) условиях. Актуальными остаются проблемы стабильности синтезированных наноматериалов в условиях практического использования, а также чистоты поверхностей и учета возможного присутствия примесей в изучаемых системах.

Следует подчеркнуть, что прошедшее десятилетие охарактеризовалось глубокой интеграцией наноэлектрохимии с другими разделами нанонауки. Такая интеграция способствует прогрессу новых направлений науки и технологии, в частности области фотоэлектрохимического преобразования солнечной энергии.

В работе [59] рассмотрены основные подходы к созданию препаратов направленного действия для лечения злокачественных опухолей человека.

Для решения этой задачи должны быть созданы разнообразные наноносители и проведен скрининг их токсичности, биологической и иммунологической совместимости с организмом человека, а также дана оценка их стабильности in vitro и in vivo. Необходимо оценить эффективность включения действующего вещества, определить физико-химические свойства (поверхностный заряд, размеры и т.д.), селективность его доставки, способность проникать через естественные барьеры и оценить возможность его контролируемого высвобождения или активного лизиса под действием ферментных систем клеток организма точно в заданном локусе. Следует разработать параметры для определения точной дозы лекарственного препарата, содержащегося в нанокапсулах, а также изучить фармакодинамику и фарма-кокинетику нанопрепаратов, поскольку они резко отличаются от стандартно применяемых лекарственных форм.

Создание препаратов на основе описанных выше механизмов позволит осуществлять адресную доставку химио-препаратов в опухолевые клетки при снижении общего токсического действия. Полученные результаты и разработанные алгоритмы могут применяться в терапии других заболеваний, требующих локального воздействия на клетки организма человека.

Авторами [60] рассмотрены электрохимические и химические методы получения нанокомпозитных металл-полимерных материалов на основе проводящих полимеров, а также основные факторы, влияющие на структуру получаемых композитов и их электрохимические свойства. Проанализированы экспериментальные данные о каталитической активности металл-полимерных электродов в ряде электрохимических реакций. Обсуждены подходы к теоретическому описанию электрохимических процессов на неоднородных металл-полимерных электродах и приведены примеры экспериментальной проверки работоспособности предложенных теоретических моделей.

Такие исследования позволяют связать структурно-химические параметры сложных металл-полимерных электродов с наблюдаемыми интенсивными параметрами (скоростями электрохимических процессов) и делать более надежные заключения о факторах, ответственных за каталитические эффекты.

Многие из полученных данных свидетельствуют о катализе только как об эффекте увеличения площади поверхности при диспергировании металла, в то время как исследования истинного размерного эффекта (увеличения удельной активности частиц металлов-катализаторов) заметно ограничены. Соизмеримая каталитическая активность НЧ металла и компактного металла отмечена в ряде работ, за исключением случаев композитов с малыми по размеру кластерами платины, для которых установлен размерный эффект. Однако при использовании диспергированного металла в полимерной матрице заметна экономия благородных металлов-катализаторов по сравнению с компактными электродами.



В последнее время в ряде работ по катализу процессов электроокисления спиртов и других органических соединений отмечается, что, несмотря на установленный факт повышения стабильности и активности дисперсных металлов-катализаторов в полимерных матрицах, исследование этих эффектов только начинается. Это связано со сложностью изучаемых систем, разнообразием исследуемых материалов и методов синтеза, а также с достаточно ограниченным числом работ, в которых проведены систематические исследования данных вопросов. Заметное развитие получили теоретические представления о процессах переноса заряда на металл-полимерных неоднородных электродах, позволяющие проводить более глубокую интерпретацию получаемых параметров и их верификацию.

В работе [61] рассмотрены основные методы синтеза и диагностики металл-органических каркасных структур (МОК). Благодаря модульному строению существует широкое разнообразие видов МОК с различными активными металлоцентрами и связывающими органическими лигандами (линкерами). Эти соединения представляют собой новую ступень развития пористых материалов, в которых можно контролируемо изменять в широких пределах размер пор и структуру активного центра. Исследованы кристаллическая структура МОК, определение морфологии образцов и изучения процессов, протекающих на активном металлоцентре в ходе химических реакций. Интерес к металл-органическим каркасным структурам связан в первую очередь с широкими возможностями их практического применения, начиная от разделения и хранения газов и заканчивая проведением химических реакций внутри пор. 

Металл-органические каркасные структуры – относительно новый, но крайне активно исследуемый класс материалов. С каждым годом растет число новых представителей МОК, появляются новые области использования этих материалов, для их получения и анализа применяется весь спектр возможностей современной науки. Такое пристальное внимание обусловлено широкими возможностями в предсказании свойств получаемых материалов и поразительным разнообразием их структур, что дает возможность синтезировать материалы для конкретных задач. Металл-органические каркасные структуры являются перспективным классом веществ с многообещающими свойствами, уже нашедшим применение и используемым в различных областях, но тем не менее нуждающимся в дальнейшем изучении.

В работе [62] проанализированы результаты исследований в области создания оптических фильтров УФ-диапазона для солнечно-слепой технологии — нового направления в приборостроении. Рассмотрены фазовые диаграммы кристаллогидратов сульфатов никеля и кобальта, методы выращивания кристаллов простых и сложных сульфатов никеля и кобальта, а также результаты исследований их структуры и свойств. Обсуждены механизм дегидратации кристаллов и факторы, влияющие на их термическую устойчивость, а также проблема корректного измерения температуры дегидратации. Особое внимание уделено исследованию зависимости термической устойчивости кристаллов от структурных параметров. Рассмотрены тенденции дальнейшего развития данного направления.

Авторами [63] обобщены литературные данные по методам синтеза производных хинолина, изохинолина, кумарина, изокумарина, хромена и изохромена из ацетиленовых соединений. Рассмотрены реакции, катализируемые комплексами металлов (Pd, Pt, Ru, Rh, Au, Ag, Ni, Cu и др.), а также превращения под действием различных электрофильных реагентов (кислот Бренстеда и Льюиса). Фрагменты перечисленных гетероциклических систем входят в состав молекул многих природных биологически активных соединений и фармацевтических препаратов. Кроме того, производные этих гетероциклов находят применение в производстве катализаторов, красителей, парфюмерной и косметической продукции, ингибиторов коррозии и др.

3.1.5. Исследования в области теории вероятности и математической статистики5

Анализ современного состояния и тенденций развития мировой и отечественной науки

Анализ по зарубежным странам. Модели очередей. Одно из стандартных применений данной теории - в отрасли коммуникаций, где число потребителей случайно меняется со временем и производственные мощности нужно оптимизировать так, чтобы в любой момент обслуживать большинство потребителей. Они включают использование более прогрессивных методов исследования (применение мартингалов и приближение диффузионными процессами) и более общую постановку задачи (переменное число серверов и более общие предположения о поведении потребителей). Основными инструментами являются принцип инвариантности и закон больших чисел.

В большей части классической теории наблюдения считаются независимыми. В ряде ситуаций, включая наблюдения над экономическими переменными, независимость наблюдений – слишком сильное ограничение. Было предложено много разных подходов к ослаблению этого предположения. В последние годы принципиально новый подход был предложен P. Doukhan, M. H. Neumann [64]. Их понятие слабой зависимости является более общим, чем условие смешивания, и позволяет рассматривать дискретные инновации в том виде, в каком они появляются в методе бутстрапа. Применения включают авторегрессивный процесс при условии сжатия. Введенное понятие сравнивается с существующими, и даются его следствия.



Задача о размещении шаров в коробках. Известная умозрительная задача о размещении шаров в коробках может быть интерпретирована более конкретно, как задача о видах животных, представленных в выборках из популяций со многими видами животных. Подсчитаны моменты числа заполненных коробок, обсуждаются асимптотические соотношения между ними и прослеживается связь с теорией регулярно меняющихся функций [65].

Теория усиленных процессов является порождением последних 30 лет. Идейно она восходит к теории урн Полиа, но в настоящее время соединяет такие разнородные области, как динамические системы и эволюционная теория игр. Она привлекательна приложениями к статистике, биологии, экономике и другим областям.

Самонормализованные процессы. В эконометрических задачах (и не только) часто приходится нормализовать процессы путем деления их на обратную к положительно определенной матрице. Получающиеся процессы называются самонормализованными, потому что положительно определенная матрица часто является корнем квадратным из матрицы ковариаций. В случаях, когда эта матрица является случайной, возникающая нелинейность приводит к значительным теоретическим трудностям. Основным применяемым методом является, так называемая, псевдомаксимизация [66].

Теория ветвящихся процессов является обширной и глубоко разработанной областью теории вероятностей. Одно из ее главных применений лежит в биологии, в размножении биологических видов. В этом случае есть естественное направление размножения – от прошлого в будущее. В последнее время появились пространственные ветвящиеся процессы, в которых нет определенного направления (их может быть много). Постановка задачи усложняется «многоэтажностью»: случайный процесс рассматривается в случайной окружающей среде.

Марковские цепи являются одним из широко используемых типов случайных процессов. Марковские цепи приближаются решениями дифференциальных уравнений с оценкой остатка. Приложения включают модель эпидемии, модель развития популяции с медленными и быстрыми переменными и алгоритмы нахождения ядер больших случайных гиперграфов [67].

Принцип инвариантности для мартингалов. Первый принцип инвариантности (т.е. функциональная предельная теорема) появился в 50-х годах прошлого столетия. С тех пор были получены самые разные обобщения. Тем не менее, он остается в центре внимания, потому что для каждой ситуации нужна своя функциональная предельная теорема.



Модель разорения фирмы с инвестиционным доходом. В математической теории финансов существует множество моделей. Некоторые из них не имеют практического значения, потому что апеллируют к функции полезности, которую невозможно наблюдать на практике. Модель разорения фирмы выгодно отличается от них своими реалистичными предположениями, не включающими функцию полезности. Капитал может быть инвестирован с рисковой ставкой процента и допускается возможность перестрахования. Задача ведет к исследованию интегро-дифференциальных уравнений, асимптотических оценок для их решений и для вероятности разорения.

Стабильность сетей обслуживания. Этот раздел рассматривает задачи следующего типа. Фирма получает сложный заказ и имеется много очередей: внешняя, пока заказчик дожидается своей очереди, и много внутренних, когда заказ движется от одной стадии производственного процесса к другой. Заказчики встают в очередь в случайном порядке, и время обслуживания на каждой стадии процесса тоже случайно. Кроме очевидной проблемы минимизации времени обслуживания при сохранении качества, встает вопрос об устойчивости самой сети обслуживания [68].

Анализ процессов Бернулли. Процессы Бернулли также стары, как сама теория вероятностей. Спрашивается, что нового можно здесь сделать? Ответ содержится в работах зарубежных ученых, где исследуется не сам процесс Бернулли, сколько аппарат, обслуживающий его: хаотическое исчисление, формула Кларка, предупреждающее исчисление и функциональные неравенства. Теория применяется к хеджированию опционов [69].

Системы частиц со случайным взаимодействием. В этой теории, имеющей приложения в основном, в физике, рассматривается выпадение частиц в осадок, причем частицы взаимодействуют между собой сложным образом. Способ выпадения новых частиц зависит от уже выпавших. Частицы могут образовывать много слоев и располагаться в решетке или непрерывно.

Безгранично делимые законы. Со времен открытия центральной предельной теоремы математиков интересовал вопрос, какие существуют общие предельные законы, помимо нормальных. Ответ на этот и близкие вопросы были получены А.Н. Колмогоровым, Б.В. Гнеденко и П. Леви. Было доказано, что предельные законы совпадают с классом безгранично делимых. Недавно в этой классической области наметился прогресс. Среди безгранично делимых законов был выделен подкласс законов, называемых обобщенными гамма-свертками. Обсуждается характеризация таких законов в терминах средних Дирихле, мер Торина и связь с гамма-интегралами Винера [70].

Вероятностные методы в теории графов. Задача о раскрашивании больших графов и некоторые вопросы комбинаторики, как оказывается, хорошо решаются с помощью теории, так называемых, взаимозаменяемых случайных переменных. Эта теория имеет связи с эргодической теорией. Здесь особенно велик вклад венгерской школы [71].

Применения в теории кодирования. Во время передачи сообщений происходит частичная потеря и искажение информации. Скажем, если сообщение передается двоичным кодом, некоторые единички могут в процессе передачи потеряться или быть заменены нулями. В теории разработаны различные методы борьбы с этой проблемой. Хотя основные результаты были развиты Шэнноном в 1940-х годах, эта теория интересна тем, что в ней много свежих нерешенных задач. Например, не решена следующая задача. Предположим, посылается n бит-информации, и каждый бит может быть удален независимо с одной и той же вероятностью p. Какова емкость такого канала? [72].

Модификации случайного блуждания. Одно из определений случайного блуждания таково: точка на прямой начинает двигаться от нуля. Через единичные интервалы времени она прыгает случайно либо вправо, либо влево с вероятностью 0,5. К настоящему времени наука ушла далеко, и появились различные модификации случайного блуждания, названия которых звучат странно: случайное блуждание, избегающее себя, блуждание с петлями и т.д. Примечательно, что она имеет связи с такими далекими друг от друга областями математики, как теория групп и теория дифференциальных форм [73].

Анализ по Казахстану. Статистика. В Казахстане В. Воинов решил ряд задач, освещенных в монографиях [74,75]. Одна из этих задач – исследование свойств критериев типа хи квадрат, основанных на классах Неймана-Пирсона. В настоящее время вместе со своими учениками Н. Пя и А. Искаковой он занимается обобщением полученных ранее результатов на случай векторных критериев проверки гипотез.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал