Термодинамические и кинетические исследования фазовых, мембранных, реакционно-массообменных неравновесных процессов и критических состояний

Научная группа профессора Александра Матвеевича Тойкка
Большая часть работ посвящена экспериментальным и теоретическим исследованиям критических и околокритических состояний в многокомпонентных гетерогенных системах c химическим взаимодействием, химических реакций и процессов в окрестности критических состояний. Исследуются закономерности топологии диаграмм подобных сложных систем, в том числе, в свете проблем теории совмещенных реакционно-массообменных процессов. Наряду с классическим термодинамическим подходом к анализу критических фаз, решаются задачи расширения применения и практической адаптации новых методов, базирующихся на элементах теории управления, кибернетической физики, молекулярной динамики, искусственных нейронных сетей. Особое внимание уделяется топологическим особенностям критических многообразий: кривых, поверхностей, гиперповерхностей в многомерном термодинамическом пространстве.

Читать подробнее...
Руководитель научной группы
Александр Матвеевич Тойкка
a.toikka@spbu.ru
Доцент
Приходько Игорь Владимирович
i.prikhodko@spbu.ru
Доцент
Пулялина Александра Юрьевна
a.pulyalina@spbu.ru
Доцент
Самаров Артемий Андреевич
artemy.samarov@spbu.ru
Доцент
Трофимова Майя Александровна
m.trofimova@spbu.ru
Доцент
Тойкка Мария Александровна
m.toikka@spbu.ru
Инженер-исследователь
Мисиков Георгий Хвичаевич
st062450@student.spbu.ru
Направление исследований:
  • Общая, неравновесная и химическая термодинамика.
  • Экспериментальные исследования фазовых переходов, трансмембранного переноса, сорбции, тепловых эффектов процессов
  • Экспериментальные исследования критических явлений в многокомпонентных системах с химических взаимодействием веществ
  • Термодинамические и структурные особенности многокомпонентных критических фаз при протекании равновесной и неравновесной химической реакции (критические поверхности и гиперповерхности)
  • Кинетика химических реакций в околокритической области жидкофазных систем.
  • Совмещенные реакционно-массообменные процессы, кинетика химических процессов в гетерогенных средах
  • Эволюция термодинамических свойств в ходе совмещенных процессов
  • Глубокие эвтектические растворители и процессы с их участием
  • Термодинамические свойства природного газа и газовых смесей, в том числе, для применения в промышленных целях
  • Разработка новых перспективных мембранных полимерных и композитных материалов (внедрение модификаторов в полимерную матрицу), их структурные (СЭМ, АСМ, X-Ray) и термохимические исследования, термодинамические свойства
  • Теория термодинамической устойчивости, ее развитие и применение для анализа и моделирования химических и фазовых процессов в равновесных и неравновесных системах.
  • Применение методов неравновесной термодинамики для решения теоретических проблем и задач химической технологии: устойчивость многокомпонентных систем, фазовое и мембранное разделение, реакционно-массообменные процессы
  • Анализ термодинамической устойчивости многокомпонентных систем (спинодальные кривые, поверхности и гиперповерхности) и особенностей критических состояний с применением методов неравновесной термодинамики, квантовой химии, классической и неэмпирической молекулярной динамики
  • Применение метода искусственных нейронных сетей к задачам термодинамического анализа многокомпонентных систем
  • Моделирование трансмембранного переноса на основе аппарата неравновесной термодинамики
Наиболее значимые публикации
  • Toikka M., Smirnov A., Kuzmenko P., Misikov G., Toikkа A. n-Butyl alcohol and n-butyl acetate as potential fuel components: experimental phase and chemical equilibrium, calculation and modeling // Reaction Chemistry & Engineering. 2025. 10. 2424 – 2451. DOI: 10.1039/d5re00214a
  • Toikka A.M., Petrov A.V. Alternativeness of ester synthesis reaction mechanism: a case study of propyl acetate // Mendeleev Commun. 2024. 34(1). P. 134–136. DOI: 10.1016/j.mencom.2024.01.041.
  • Faykov I.I., Tian N.S., Pulyalina A.Y. Polymeric membranes for natural gas dehydration // Advances in Natural Gas: Formation, Processing, and Applications. Volume 4: Natural Gas Dehydration. 2024. P. 269–290. DOI: 10.1016/B978-0-443-19221-0.00001-6.
  • Misikov G., Zolotovsky K., Samarov A., Prikhodko I., Toikka M., Toikka A. Chemical Equilibrium in the System Acetic acid-n-Amyl Alcohol-n-Amyl Acetate-Water at 323.15 K and Atmospheric Pressure: Experimental Data and Equilibrium Constant Estimation // Journal of Chemical and Engineering Data. 2024. 69(3). P. 1169–1177. DOI: 10.1021/acs.jced.3c00744.
  • Golikova A., Shasherina A., Anufrikov Y., Misikov G., Kuzmenko P., Smirnov A., Toikka M., Toikka A. Excess Enthalpies Analysis of Biofuel Components: Sunflower Oil–Alcohols. // Int. J. Mol. Sci.2024. 25(6). 3244. DOI: 10.3390/ijms25063244.
  • Toikka M., Kuzmenko P., Samarov A., Trofimova M. Phase behavior of the oleic acid – methanol – methyl oleate – water mixture as a promising model system for biodiesel production: Brief data review and new results at 303.15 K and atmospheric pressure // Fuel. 319. 2022. 123730. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.123730
Научные проекты
  • Грант РНФ «Критические и сверхкритические состояния в многокомпонентных системах с химическими взаимодействиями веществ: экспериментальные данные, молекулярная динамика, термодинамический анализ», № 25-13-00082, 2025-2027 гг. (руководитель: А.М. Тойкка)
  • Грант РНФ «Глубокие эвтектические растворители в процессах экстракции: экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование», 24-23-00054, 2024–2025. (руководитель: А.А. Самаров)
  • Грант РНФ «Глубокие эвтектические растворители в процессах производства и очистки биодизельного топлива», продление, 20-73-10007, 2020–2025. (руководитель: М.А. Тойкка).
  • Грант РНФ «Разработка фундаментальных аспектов энергоэффективной технологии синтеза этилацетата», 23-23-00227, 2023–2024. (руководитель: М.А. Трофимова)
  • Грант РНФ «Тепловые эффекты фазовых и химических процессов в многокомпонентных системах с химическим взаимодействием», 22-73-00159, 2022–2023 (руководитель: А.Д. Голикова)
  • Грант РНФ «Новые мембранные материалы для концентрирования биоспиртов, а также очистки и регенерации промышленно значимых растворителей (продление)», 18-79-10116, 2021-2023 (руководитель: А.Ю. Пулялина)
  • Грант РНФ «Критические состояния в многокомпонентных флюидных системах с химическим взаимодействием компонентов», 21-13-00038, 2021–2023 (руководитель: А.М. Тойкка)
  • Грант РФФИ «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, 2019–2021 (руководитель: А.М. Тойкка)
  • Грант Правительства Санкт-Петербурга в сфере научной и научно-технической деятельности «Разработка синтеза биодизельного топлива с цетановым числом выше 51», 2020 г. (руководитель: М.А. Тойкка)
  • Грант правительства Санкт-Петербурга для молодых учёных и кандидатов наук «Моделирование фазового равновесия эфиров и спиртов как основа для описания термодинамических свойств смесей биотоплива», 2020 г. (руководитель: М.А. Тойкка)
  • Грант РНФ «Полимерные мембраны на основе полигетероариленов для разделения жидких и газовых смесей», 16-13-10164, 2016–2020 (руководитель: А.М. Тойкка)
  • Грант РФФИ «Определение термодинамических свойств природного газа на основе трех легко измеряемых величин», Российский фонд фундаментальных исследований — Национальный научный фонд Ирана, 17-58-560018, 2017–2020 (руководитель: А.М. Тойкка)
  • Грант РНФ «Новые мембранные материалы для концентрирования биоспиртов, а также очистки и регенерации промышленно значимых растворителей», 18-79-10116, 2018–2020 (руководитель: А.Ю. Пулялина)
  • Грант РФФИ «Фазовые, химические и мембранные процессы в биотопливных системах: синтез и разделение», № 18-33-20138 мол_а_вед, 2018-2020 гг. (руководитель: М.А. Тойкка)
  • Грант РНФ «Термодинамика реакционно-массообменных процессов в системах, образованных компонентами производства биотоплива», № 17-73-10290, 2017-2019 (руководитель: М.А. Тойкка)
  • Грант правительства Санкт-Петербурга в области научно-педагогической деятельности «Рабочая учебная программа дисциплины «Термодинамика необратимых процессов», 2019 (руководитель: М.А. Тойкка)
  • Грант правительства Санкт-Петербурга для молодых учёных и кандидатов наук «Синтез нового поколения биотоплива на основе н-пропанола», 2019 г. (руководитель: М.А. Тойкка)