Список исполнителей

Руководитель проекта:

к.т.н  Ярбеков А.Э.

Старший науч.сотр:

к.х.н. Мирхамитова Д.Х.

Научный сотрудник:

Саидов К.Н.

Младший научный сотрудник:

Парманов А.

Старший науч.сотр:

к.х.н.Хожамбердиев М.

Научный консультант:

к.х.н. Рузимурадов О.Н.

 

ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ

Объект исследования:

синтез наноструктурные пористые
металлоксидные композиты и их структурные, физико-химические,
адсорбционные и фотокаталитические свойства.

Метод исследования работы:

золь-гель метод in situ, метод импрегнация - «impregnation», структурные и физико-химические методы исследования.

Актуальность темы состоит в том, что в результате исследования
закономерностей, происходящих при формировании наноструктуры в
фотокаталитических материалах, будут выявлены наиболее оптимальные
условия получения фотокаталитических и сорбционных материалов с
качественно новыми свойствами. Исследованы зависимости «структура-
свойства» в каталитических системах на основе оксидов металлов Ti, Sr и др.,
что является фундаментальной проблемой современной химии наноматериалов
и актуально с точки зрения перспективности их применения при деструкции
различных токсичных органических веществ (фенолов, красителей и др.).


Цель предлагаемого проекта является исследования формирования
пористых фотокатализаторов на основе металлоксидных нанокомпозитов с
контролируемой наноструктурой и активностью с использованием
современных технологии для фотодеструкции токсичных органических
веществ (фенолов, красителей и др.). Мы надеемся достичь специального
приготовления систем, в которых органо-неорганическая фаза и требуемые
межповерхностные агенты синтезируются в одном объёме с использованием
золь-гель процесса. 4


Научная новизна определяется тем, что будут исследованы кинетика,
закономерности образования и химизмы процесса, получены наноструктурные
фотокаталитические и сорбционные материалы на основе металлоксидных
нанокомпозитов с заданной активностью в одну стадию с использованием золь-
гель процесса in situ и методом импрегнации - «impregnation».


Результаты работы:

Проведена поисковая работа с литературой по
синтезу органико-неорганических наноструктурных материалов (адсорбенты,
(фото)катализаторы, аэрогели, мембраны, пленки и т.д.).
Исследован одностадийный синтез органо-неорганических материалов
путем добавлением органического полимерного компонента (темплата) в золь-
гель процесс формирования неорганической сетки при гидролитической
поликонденсации алкоксиметаллов.
Осуществлен синтез неорганических (SiO2-TiO2) нанокомпозитов и
исследован влияние различных факторов (тип и соотношение исходных
компонентов, природа и концентрация катализаторов, продолжительность
синтеза, температура, и др.) на структуру и морфологию материалов.
Определены текстурных и физико-химических характеристик полученных
материалов современными методами анализа, таких как, адсорбция по азоту,
ИК спектроскопическими, рентгеноструктурными, микроскопическими и
термическими анализами.
Изучены адсорбционных и фотокаталитических свойств полимер-
темплатированных неорганических (SiO2-TiO2) нанокомпозитов при
разделении, очистки и фотодеградации водных растворов фенолов и его
производных.
Разработан удобный подход получения макропористого
гетероструктурного монолита TiO2-SrTiO3 путем преобразованием и
импрегнированием преформированного макропористого монолита TiO2 в
водный раствор, содержащий ионы Sr2+, с последующим прокаливанием при
800 оС в течение 2-х часов. Определен гетероструктура TiO2-SrTiO3 , который 5
состоит из тонких кристаллов с размером 15-20 нм и характеризуется узким
распределением макропор по размеру со средним размером ≈ 1.7 мкм.

Рекомендации по внедрению:

На основе полученных данных будут даны
рекомендации по применению металлоксидных композитных наноматериалов в
качестве неподвижных фаз для адсорбционных разделений и как
фотокатализатор для окисления и деградация токсичных органических
загрязнений в сточных водах промышленных зон.


Область применения:

исследование способов получения подобных
металлоксидных дисперсных материалов относится к новейшим технологиям и
позволит решить ряд вопросов, связанных с разработкой специальных
материалов для нужд химической промышленности, современных методов
химического анализа, медицины, технологии получения композиционных
материалов и др. Решение поставленных задач в проекте внесет вклад в
развитие фундаментальных, прикладных и технологических исследований, а
разработка научных основ позволит создать ряд наноструктурных
металлоксидных дисперсных систем нового поколения для фотодеградации
фенольных соединений, красителей и т.д.

ВВДЕНИЕ

В последнее время проблема разработки научных основ получения
органико-неорганических наноматериалов нового поколения является
актуальной для решения ряда проблем медицины, химической
промышленности, биотехнологии, чувствительных методов контроля и анализа
объектов окружающей среды и остаточных количеств загрязнителей. Эти
вопросы могут быть решены с помощью новых технологий синтеза
высокоэффективных сорбционных материалов, имеющих в своем составе
различные функциональные группы. Методы введения функциональных групп
связаны с иммобилизацией, золь-гель процессом и химической прививкой на
поверхности твердых материалов [1 -2].
Перспективным является одностадийный путь синтеза неорганических
адсорбентов, фотокатализаторов, пленок и др. с использованием золь-гель
процесса [3]. Эти материалы, получаемые золь-гель методом, относятся к
классу нанокомпозитных материалов, наука о которых возникла в последние
годы на стыке различных областей знаний о полимерах, коллоидной химии,
физико-химии ультрадисперсных систем. Характерной чертой таких
материалов является нанометровый размер их структурных элементов, а также
расстояний между сетками и слоями, образованными полимерными
органическими и неорганическими ингредиентами. Как правило, они
проявляют синергизм свойств исходных компонентов и обладают уникальными
свойствами, что позволяет их использовать в материаловедении и
обуславливает применение в практике. Наноструктурные металлоксидные
композитные материалы перспективны для производства (фото)катализаторов,
газоразделительных мембран, адсорбенты для высокоэффективной жидкостной
хроматографии.
Непрерывный рост и развитие химической, целлюлозно-бумажной,
нефтехимической, химико-фармацевтической промышленностей приводит к
постоянному увеличению загрязнения окружающей среды опасными
органическими соединениями. Одну из наиболее высоких экологических 9
нагрузок испытывают на себе водные ресурсы, причем все большее количество
высокотоксичных соединений попадает в акватории водных бассейнов,
используемых человеком для хозяйственно-бытовых нужд. Поэтому одной из
первостепенных задач современной науки является решение проблемы
загрязнения водных ресурсов высокотоксичными органическими
соединениями, что требует проведения детальных физико-химических
исследований.
Фенол и его производные являются наиболее опасными загрязнителями
водных ресурсов. Так минимальные токсические дозы, уменьшающие на 50%
количество микроорганизмов, обеспечивающих обезвреживание опасных
соединений в воде, для фенола, гидрохинона и катехина составляют всего лишь
22.1 мг/л, 0.08 мг/л, 31.8 мг/л, соответственно. Таким образом, попадание в
водоем даже незначительного количества фенольных соединений приводит к
уменьшению способности водного объекта к саморегенерации с помощью
имеющегося геобиоценоза и невозможности в дальнейшем дезактивации
других загрязнений. Кроме того, фенол и его производные обладают высокой
токсичностью для человека и относятся к высоко опасным веществам 2-го
класса опасности, а содержание фенола в питьевой воде не должно превышать
ПДК = 0.001 мг/л [4].
Для удаления фенольных соединений в настоящее время применяются:
экстракция, сорбционные, мембранные и биологические методы очистки,
однако ни один из вышеуказанных методов не позволяет осуществлять
эффективное удаление фенола, что связано с недостаточной полнотой очистки,
большим количеством побочных продуктов, высокой энергоемкостью и, как
следствие, значительной стоимостью очистки. Все вышеперечисленное требует
создания и внедрения новых высокоэффективных технологий очистки сточных
вод от фенольных соединений.
Применение современных адсорбционно-каталитических систем
позволяет достичь глубокой конверсии фенольных соединений вплоть до
углекислого газа и воды с высоким выходом. Особого внимания заслуживает 10
возможность использования наночастиц переходных металлов, что позволяет
существенно изменять направление и скорость химических процессов.
Многогранность свойств кластерных и наноразмерных частиц,
синтезированных в последнее десятилетие, позволяет использовать их в
процессе глубокого окисления фенольных соединений. Однако, успешное
применение подобных систем возможно лишь в случае их систематического
исследования, включающего физико-химический анализ особенностей
формирования, морфологии, структуры и состояния наночастиц, особенностей
сорбции субстратов и продуктов реакции на поверхности синтезированных
наночастиц, изучение кинетики и механизма реакции. Физико-химическое
исследование и анализ наноструктурированных систем позволяет проводить их
направленный синтез с заранее заданными свойствами. Синтезированная
фотокаталитическая система должна обеспечивать высокую скорость
окисления фенольных загрязнителей, эффективное окисление широкого
спектра соединений с различными функциональными группами, иметь низкую
стоимость и продолжительный срок службы без заметной потери
каталитических свойств, а также обладать высокой механической прочностью и
быть невосприимчивым к каталитическим ядам.
Применение нанотехнологий для синтеза сорбционно-каталитических
материалов с заданной функциональностью с помощью золь-гель процесса
открывает широкие возможности для разработки способов синтеза нового
поколения подобных материалов.
Все вышеизложенное делает весьма актуальным и перспективным
подробное исследование формирования металлоксидных нанокомпозитных
фотокаталитических систем для фотоокислительной деструкции токсичных
органических веществ, установления оптимальных условий их синтеза и
выяснению основных закономерностей их протекания, всестороннее
установление характера образующихся продуктов, изучение
фотокаталитической активности и выяснение областей их применения в
экоаналитической химии.