Кафедра технології неорганічних речовин, водоочищення та загальної хімічної технології (ТНР,ВтаЗХТ)
Постійне посилання на фонд
Сайт кафедри: https://tnr.kpi.ua/
Переглянути
Перегляд Кафедра технології неорганічних речовин, водоочищення та загальної хімічної технології (ТНР,ВтаЗХТ) за Ключові слова "544.723 + 544.526.5 + 66.092.097 + 666.3"
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Отримання адсорбційно-(фото)каталітичних та мембранних матеріалів на основі алюмосилікатів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Куриленко, Віктор Сергійович; Донцова, Тетяна Анатоліївна; Янушевська, Олена ІванівнаКуриленко В. С. Отримання адсорбційно-(фото)каталітичних та мембранних матеріалів на основі алюмосилікатів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2025. Дисертаційну роботу присвячено дослідженню природних алюмосилікатів (цеоліту, бентоніту та каоліну) для створення функціональних матеріалів екологічного призначення – адсорбентів, фотокаталізаторів, каталізаторів та матриць для керамічних мембран. У роботі розроблено підходи до активування та модифікування природних алюмосилікатів з метою покращення адсорбційних, фотокаталітичних і каталітичних властивостей. Кислотне активування цеоліту та бентоніту реалізовано шляхом обробки нітратною кислотою (2 моль/дм3 ) за температури 40 °C впродовж 4 годин. В результаті отримано адсорбційні матеріали та носії для створення фотокаталізаторів/каталізаторів. Фотокаталізатори та каталізатори отримано подальшим модифікуванням носіїв оксидами металів (TiO2, CoO, NiO, ZrO2) за власно адаптованими методиками. Можливість одержання керамічних матриць на основі природних алюмосилікатів вивчено традиційним методом сухого пресування та 3D друком за DLP технологією. Отримані функціональні матеріали охарактеризовано методами РФА, ІЧспектроскопії, термічного аналізу, низькотемпературної адсорбції/десорбції азоту та електронної мікроскопії. Встановлено температурні залежності фазових перетворень досліджуваних алюмосилікатів, поверхневі функціональні групи, структурно-адсорбційні характеристики та кислотно-оснóвні властивості тощо. Показано, що адсорбційна активність по відношенню до іонів фтору суттєво залежить від рН водного розчину, типу сорбенту, його дози та вихідної концентрації іонів фтору у розчині. Зазначено, що зниження рН водного розчину до значення 3,7 у присутності природного цеоліту (Zeo-0) підвищує ступінь видалення F- до 67 %, а адсорбційну ємність сорбенту – до 0,77 мг/г за вихідної концентрації 15 мг/дм3 . Кислотно-активований цеоліт (Zeo-1) виявляв суттєво кращі адсорбційні характеристики: за дози 10 г/дм3 досягалося повне видалення фторид-іонів впродовж 120 хвилин, а за зменшення дози до 1 г/дм3 та вихідної концентрації іонів фтору 15 мг/дм3 адсорбційна ємність адсорбенту і ступінь видалення F- становила 7,89 мг/г і 52,6 % відповідно. Мінімальна доза адсорбентів, яка необхідна для досягнення гранично допустимої концентрації за фторид-іонами, складала 0,4 г/дм3 для Zeo-1 і 1,18 г/дм3 для Bent-1 (вихідна концентрація F- С0 = 3 мг/дм3 ). Встановлено, що адсорбція іонів фтору за використання усіх адсорбентів найкраще описується моделлю ВагелараЛенгмюра (R2 = 0,999). Доведено, що композитні фотокаталізатори на основі природних алюмосилікатів та ТіО2 (10 мас.%) є високо активними у видаленні органічних барвників різної природи (на прикладі метиленового синього та конго червоного). Винайдено, що видалення метиленового синього з водного розчину композитом TiO2/Zeo-1 відбувається повною мірою за рахунок адсорбції, а вилучення конго червоного (до 74 %) – у результаті фотокаталітичного процесу. Порівняльний аналіз вартості та фотокаталітичної активності TiO2/Zeo-1 з комерційним TiO2 P25 показав, що отриманий композит є значно дешевшим (~ у 70 разів), ніж P25 при співрозмірній фотокаталітичній активності. Дослідження каталітичного крекінгу полістиролу з використанням природного українського цеоліту, модифікованого оксидами Co, Ni та Zr, свідчать про перспективність його застосування як носія каталізаторів в процесах переробки пластикових відходів. За допомогою одностадійної схеми каталітичного крекінгу полістиролу і використання суміші каталізаторів Zeo-1 та NiO/Zeo-1 отримували вихід рідкої фази на рівні 65,3 %. Найвища селективність за стиролом (81,9 %) досягнута для каталізаторів Zeo-0 і CoO/Zeo-1 при застосуванні двостадійної схеми. Доведено доцільність використання українських природних алюмосилікатів для створення керамічних матриць методом сухого пресування, які характеризувались пористістю до 43,6 %. Продемонстровано можливість 3D друку за DLP технологією з метою одержання керамічних матриць контрольованого дизайну з використанням попередньо термообробленого каоліну. У дисертації вперше одержані такі нові наукові результати. Винайдено, що кислотне активування українських цеоліту та бентоніту одночасно забезпечує розвинення питомої площі поверхні, її протонування та створення внаслідок цього кислотно-осно́ вних активних центрів, що суттєво підвищує адсорбційну та каталітичну. Доведено, що синтез фотокаталітичних систем на основі природних українських алюмосилікатів та ТiO2 є перспективним способом отримання вітчизняних низьковартісних фотокаталізаторів, які є конкурентними у порівнянні з чистою фазою титан(IV) оксиду за рахунок утворення специфічної вторинної пористої структури. Виявлено, що поєднання кислотного активування та модифікування природного цеоліту українського походження оксидами кобальту та нікелю дозволяє одержати високоактивні каталізатори переробки полістиролу методом крекінгу, що пов’язано з посиленням впливу протонування поверхні цеоліту на каталітичну активність оксидів перехідних металів. Вперше показано можливість використання українського природного каоліну для створення суспензій, що здатні до фотополімеризації і до 3D друку методом DLP. Встановлено, що для приготування суспензії на основі фотополімерної смоли High Speed Resin v2 необхідна попередня термообробка природного каоліну за 500 °С. Практична значущість підтверджується наступним. Розроблено технологічну схему модифікування природного цеоліту, яка функціонує в періодичному режимі та дозволяє отримати три продукти: кислотноактивований сорбент – Zeo-1, фотокаталізатор – TiO2/Zeo-1 та каталізатор крекінгу полістиролу – CoO/Zeo-1. За результатами техніко-економічних розрахунків встановлено, що ціна адсорбенту (Zeo-1), фотокаталізатору (TiO2/Zeo-1) та каталізатору крекінгу (CoO/Zeo-1) є на рівні 130,36 грн/кг, 420,74 грн/кг та 590,78 грн/кг відповідно. Випробовувано каталізатор Zeo-0+CoO/Zeo-1 в двохстадійній схемі крекінгу полістиролу на базі ТОВ «НВГ «СІНЕКОТЕХ». Акт випробувань додається. Розроблено методику моделювання та 3D-друку керамічної матриці методом DLP з використанням природної сировини (каоліну та цеоліту). На підставі цього впроваджено лабораторну роботу «3D моделювання керамічних мембран в програмі Autodesk Fusion 360» з освітнього компоненту «Хімічні технології нульового забруднення» для освітньо-наукової програми другого (магістерського) рівня за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія», що підтверджено актом впровадження в навчальний процес.