Дисертації (вільний доступ)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Перегляд Дисертації (вільний доступ) за Назва
Зараз показуємо 1 - 20 з 865
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Composites of manganese oxides and oxidehydroxides with halloysite as degradation photocatalysts(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Kovinchuk, Iryna Vasylivna; Sokolskyi, Heorhii Volodymyrovych; Lazzara GiuseppeKovinchuk I.V. Composites of manganese oxides and oxidehydroxides with halloysite as degradation photocatalysts. – Qualification scientific work in the form of a manuscript. Joint doctoral thesis for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 161 “Chemical Technologies and Engineering”. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Ministry of Education and Science of Ukraine and Doctor of Philosophy in “Physical and Chemical Sciences”. – University of Palermo (Italy), Kyiv, 2025. The dissertation is devoted to the study of the influence of synthesis conditions, phase composition, and structure on the functionality of composites based on manganese oxides and oxidehydroxides for the photocatalytic degradation of model organic compounds: aqueous solutions of dyes and polyethene films under UV- and Vis. light irradiation. The work considers the relationship between synthesis conditions and phase composition, morphology, band gap width, and specific surface area of the products with their efficiency as photocatalysts. In addition, the influence of halloysite aluminosilicate nanotubes on the physicochemical properties and photocatalytic activity of composite materials, as well as the behavior of manganese oxides and oxyhydroxides relative towards their surface, was investigated. The photocatalytic activity of standard materials MnO2, TiO2 and their mechanical mixture was studied at the photocatalytic degradation of polyethylene films under the influence of UV- and visible light irradiation. This study included a comparison of the mass loss of containing photocatalyst PE films with the pure film. The MnO2/TiO2 mixture demonstrated the highest efficiency with a film mass loss of 21.3% after 90 hours of irradiation. The degradation mechanism was evaluated by the relative intensity of the peaks of the FTIR spectra corresponding to the carbonyl, hydroxyl and ether indices. It was established that the mechanical mixture of y-MnO2 with TiO2 causes synergy action with a greater degree of degradation at all intermediate stages of PE oxidation since the vibrations of functional groups of the intermediates are more intense compared with the PE/TiO2 film. In addition, the carbonyl index shows a relatively more significant accumulation of the corresponding groups. Therefore, the conversion occurs much faster than in other samples at all stages, which indicates the nonspecificity of the catalytic action of the formed radicals towards PE oxidation intermediates on the y-MnO2 photocatalyst with TiO2. It was found that during chemical precipitation from MnSO4 solution using hydrogen peroxide as an oxidant composite material with different ratios of manganese oxides and oxidehydroxides with valences from +2 to +4 are formed. The medium's acidity and the presence of NH4 + dopants in the reaction medium play a decisive role. It was shown that at pH = 10 the main phase formed are the low-valent manganese oxides hausmannite Mn3O4 in the presence of excess ammonium ions, and bixbyite Mn2O3 in its absence. While at lower pH values = 5-7 the main product is manganite y-MnOOH and groutite a-MnOOH with traces of manganese oxide 4+ in excess NH4 + . The nature of the interaction of manganese oxides with the surface of halloysite nanotubes was studied by the transmission electron microscopy. It was found that in TEM images of samples synthesized in the presence of an excess of ammonium ions in the reaction mixture (CS2 and CS-6), a darkening of the lumen area of the nanotubes is observed, which may indicate its filling, while in the absence of an excess of ammonium (CS-1 and CS-7), particles of manganese oxides and oxidehydroxides decorate the outer surface of halloysite. The measured specific surface area of the synthesized samples is by 3-3.5 times higher (55-66 m2 /g) compared to the standard MnO2 PCP sample. At the same time, the presence of halloysite nanotubes did not significantly affect this parameter. The diffuse reflection spectra were recorded and the band gap width using the Tauk plot was calculated. The band gap values of Eg = 2.28-2.38 eV were established for samples CS5-CS-9. In turn, the values of 2.52 and 2.7 eV were measured for the lower-valence samples CS-1 and CS-2, respectively. Thus, in accordance with semiconductor properties of these composites, their potential photocatalytic activity belongs to the visible light range. The dynamic light scattering method data on the average size of composite material aggregates and the TEM image analysis data of sizes of individual nanoparticles were evaluated. In both cases, the synthesized samples exhibit smaller sizes compared to the standard MnO2 PCP sample, ranging between 117–175 nm for aggregates and 7–12 nm for nanoparticles. A series of electrochemically deposited samples was synthesised to expand the range of phase states of the materials studied. The influence of acidity and the presence of dopant ions of NH4 + and Cr3+on the synthesised samples’ morphology, phase composition, and physicochemical properties was investigated. X-ray diffraction analysis confirmed the formation of composite oxide materials consisting of a-, y-, e- and b-phases of MnO2 in various proportions. It was established that NH4 + ions in excess stabilise the electrodeposition of hollandite, a-, and birnessite, b-, phases of MnO2, while their absence favours the formation of the ramsdellite y- and e-MnO2 phases. The samples with a predominant hollandite phase of MnO2 demonstrated the highest specific surface area, reaching a maximum of 215 m²/g for sample ED-12, indicating the achievement of a diffusion-controlled deposition regime. In comparison, samples with a predominant e- MnO2 phase exhibited smaller surface areas, specifically 65.65 m²/g for ED-13 and 82.88 m²/g for ED-2. The particle size distribution and morphology of MnO2 were evaluated using scanning electron microscopy images. For samples ED-2 and ED-6, which are composites of y- and e-MnO2, plate-like formations with an average nanoparticle size of 70 ± 15 nm were observed. Samples with a predominant alpha-phase exhibited a needlelike morphology. The synthesized manganese dioxide electrodeposited (ED) samples are semiconductors with a band gap width ranging from 2.16 to 2.36 eV. Doping with Cr3+ ions reduced the band gap by approximately 0.3–0.5 eV due to introducing new electron donor levels. The Mulliken electronegativity and the positions of the valence and conduction bands were calculated for the electro-synthesized samples. Sample ED-6 demonstrated a conduction band position at 0.12 eV (vs the standard hydrogen electrode, SHE) and a valence band at 2.49 eV (SHE), with the broadest band gap of 3.36 eV, indicating the potential of this sample for photocatalytic water splitting to produce hydrogen. Differential scanning calorimetry combined with mass spectrometry was performed on selected electro-synthesized samples. This analysis enabled the identification of the thermal decomposition products and temperature intervals of their release. These findings provide insight into defect levels based on the Ruetschi cation vacancy model. According to this model, the content of cation vacancies () in manganese dioxide samples, predominantly of the ramsdellite modification, can be estimated. As energetically non-equivalent positions, these crystal lattice defects being in the material’s surface layers can significantly enhance its catalytic activity. The calculated formulas for the electrodeposited samples are presented below. Mn0.81 4+ Mn0.15 3+ 0.04 O1.69 2− OHO.3 ED-6 MN0.68 4+ Mn0.28 3+ 0.04 O1.55 2− OHO.45 ED-8 Both y-MnO2 (ED-6) and a-MnO2 (ED-8) Samples (see the names of Samples in the text below) exhibit the same content of cation vacancies; however, ED-8 is distinguished by two times higher Mn3+ content. It was established that the composite samples of low-valent manganese oxides, CS2 and CS-1, exhibit the highest photocatalytic activity toward the cationic dye Methylene Blue. This is likely due to the presence of halloysite nanotubes in the composites, which feature is a negatively charged outer surface. This provides a synergistic effect, facilitating pollutant degradation by more efficient transport of the dye from the solution bulk to the photocatalyst surface. For the anionic dye Congo Red, the highest efficiency was demonstrated by sample CS-8, which consists of higher valent a-MnOOH and y-/BMnO2. This sample has the narrowest band gap (1.99 eV) among all chemically synthesized samples. The further insight was made by analysis of the band gap potential diagrams of CS-series of samples and MO-diagram with HOMO and LUMO of a dye. It was revealed that CS-1,CS-2 samples have well aligned EC edges of HNTs, MnxOy and LUMO MB levels. It can be suggested that this feature is responsible for the positive influence of HNT’s surface decoration by MnxOy on photocatalytic activity of MB degradation due to new option of direct electron transfer of photoelectron from EC of both HNTs & MnxOy and following MB dye reduction. It is also evident from this diagram for CR dye that only CS-8 Sample has favorably aligned EV to HOMO level of CR dye and, probably, this feature can be responsible for the faster direct oxidation of CR by holes from the valence band of CS-8 as a photocatalyst. Thus, distinctly active behavioir of CS- 1&CS-2 photocatalysts toward MB degradation as well as CS-8 Sample high activity toward CR destruction can be explained by the semiconducting properties of these photocatalysts. According to the results obtained, it was proposed to apply the materials synthesized in this work for photodegradable coatings on PE surface, compared to their incorporation into the bulk of a film. A method of attaching nanomaterials onto polyethylene films through the partial dissolution of their surface has been developed. The introduction of 2.59% by mass of halloysite nanotubes was achieved when immersing the PE film in a suspension of HNTs in cyclohexane at 50°C for 120 s, and 2.51% at a suspension temperature of 60°C for 60 s. The decrease in the contact angle in the first case is more pronounced than in the second one. Considering the hydrophilic properties of halloysite, it can be assumed that treatment at 50°C leaves a greater amount of HNTs onto the surface, while at 60°C, the nanomaterial penetrates in-depth of the film. In addition, an adhesive composition was developed for applying nanomaterials to PE films without the need to dissolve polyethylene and heat. Polyvinylpyrrolidone was chosen as the base, polyethylene glycol was added as a plasticizer in a ratio of 7:1 by weight. The optimal ratios of solvent and polymer base for applying the composition to PE films using a spray and a sponge were determined. For the spray, they were 1 to 18, for the sponge - 1 to 15. Studies of decorated films using an optical microscope confirmed the uniform distribution of nanomaterial over the entire surface of the film using the developed compositions. A block diagram for the chemical synthesis of a composite material for further use as a photocatalyst for the degradation of aqueous solutions of organic pollutants (dyes) has been developed. The material balance for the synthesis of 1 kg of the sample was calculated and the heat of its formation was estimated. The practical significance is confirmed by the following. The developed methods for introducing photocatalysts into and onto polyethylene films are intended for practical use for the photodegradation of polymers. To achieve effective degradation, it is possible to coat an already manufactured film with composite materials with halloysite nanotubes and manganese oxides/oxydehydroxides. A promising candidate for such a coating, which is considered in this study, is a mechanical mixture of TiO2 and MnO2. Electrostatic interactions between metal ions and the HNT surface allow for controlled decoration of HNTs with deposited particles of Mn oxides and oxydehydroxides. This effect is especially relevant for the development of new functional materials in photocatalysis and catalysis. The study showed that composites CS-2 and CS-1 exhibit high activity in the photodegradation of methylene blue dye, while CS-8 and CS-9 effectively photodegrade Congo red. This opens up promising opportunities for practical application. A technology for the synthesis of manganese oxides and oxide-hydroxide photocatalytic material with halloysite CS-2 is proposed.Документ Відкритий доступ Materials based on silica and aluminosilicate for environmental protection(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Yu Junjie; Tobilko, ViktoriiaYu Junjie. Materials based on silica and aluminosilicate for environmental protection. – Qualification research work presented as a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 161 Chemical Technologies and Engineering. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute,” Kyiv, 2025. This dissertation is devoted to the development of silicate materials based on natural and artificial raw materials for protecting water from pollution by various toxic substances. The development of water purification technologies for removing heavy metal ions and organic dyes using effective adsorption materials based on accessible and low-cost raw materials is economically justified. Promising materials in this regard include natural (layered aluminosilicates), artificial (synthesized silicas), and even technogenic silicates (fly ash). By applying various surface modification methods to inorganic materials using modern synthesis techniques, it is possible to obtain new chemically and thermally stable sorbents with improved structural-adsorption characteristics and physicochemical properties. The production of so-called “low-cost” materials based on natural aluminosilicate raw materials in granulated form enables quick separation of solid and liquid phases after adsorption purification, without the need for special equipment. A key and topical issue is the study of specific features of obtaining materials based on modified synthetic silicas and aluminosilicates, as well as the investigation of physicochemical patterns involved in the removal of heavy metals and cationic dyes from water using such materials. The first chapter of the dissertation presents an analytical review of scientific literature on adsorption materials used for the protection of aquatic environments. It examines the sources of heavy metal ions and organic dyes entering water, as well as existing methods for purifying natural and wastewater from such pollutants. Special attention is given to adsorption processes, the factors influencing them, and the practical application of sorption materials in water treatment technologies. The chapter also analyzes methods for obtaining mesoporous adsorbents based on syntheticsilicates (silica) and natural or artificial aluminosilicate materials. Various approaches to chemical modification of these materials and their fields of application are studied. The second chapter describes the methodologies for obtaining adsorption materials, including synthetic silica with a zero-valent iron layer, amino-functionalized silica, commercial silica gel modified with nickel oxide, granulated samples based on saponite and sodium alginate, and mesoporous adsorbents synthesized using fly ash. A list of reagents, materials, and equipment used to prepare the adsorbents is provided. The reliability of the obtained results is ensured by the use of modern instrumental research methods. Surface morphology of the materials was studied using scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy and transmission electron microscopy. Phase composition and surface chemistry were analyzed using Xray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and infrared spectroscopy. Porous structure parameters were determined using low-temperature nitrogen adsorption– desorption methods. Thermal stability was assessed using differential thermal analysis and thermogravimetric analysis. In addition, the rheological properties of clay suspensions were measured, along with functional group content on the surface of the adsorbents and granule stability in aqueous media. Sorption techniques were used to study the physicochemical characteristics of heavy metal ion and dye removal from water. Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry was applied to determine initial and equilibrium concentrations of copper ions, while the spectrophotometric method was used for determining dye concentrations in solution. The third chapter is devoted to the synthesis and characterization of dendritic mesoporous silica nanoparticles (DMSNs) modified with zero-valent iron and 3- aminopropyltriethoxysilane, as well as to the study of their efficiency in removing copper ions from aqueous solutions. The optimal synthesis parameters were determined, particularly the influence of synthesis time on the formation of monodisperse silica microspheres with controlled structural and physicochemical characteristics. X-ray diffraction analysis revealed a broad diffraction peak at 2θ = 22°, indicating the formation of amorphous silica in all samples, regardless of synthesis duration (1.5, 3, and 5 hours – labeled as DMSN-1.5, DMSN-3, and DMSN-5). Infraredspectroscopy confirmed the presence of characteristic vibrational bands for Si – OH, O – Si – O, and Si – O – Si bonds, typical for amorphous SiO2. Surface morphology studies using scanning electron microscopy revealed that the silica microspheres synthesized under different stirring durations are monodisperse spheres with a diameter of approximately 200 nm and contain visible pores. The DMSN-1.5 sample exhibited a nanoscopic rim structure around 7 nm in thickness and well-defined mesopores. Extending the synthesis time to 3 hours caused the thin nanosheet-like edges to transform into thicker ribbon-like rims, increasing their size to 16 nm, while maintaining the overall 200 nm particle diameter. Further extending the reaction time to 5 hours resulted in edge thickening up to 22 nm, but also led to partial loss of monodispersity, suggesting that prolonging the synthesis beyond this point is not advisable. Low-temperature nitrogen adsorption–desorption analysis showed that all SiO2 microsphere samples exhibit type IV isotherms with H3-type hysteresis loops according to IUPAC classification, indicating mesoporous structures formed by uniform spherical particles. The pore sizes ranged from approximately 5 to 50 nm. The specific surface areas were 504 m²/g, 452 m²/g, and 308 m²/g for DMSN-1.5, DMSN3, and DMSN-5, respectively. It was concluded that a synthesis time of 1.5 hours is optimal for achieving a high specific surface area and favorable morphology without significant pore coalescence or excessive rim thickening. A adsorbent material (Fe⁰@DMSN) was obtained by depositing zero-valent iron particles onto the surface of DMSN-1.5. Successful modification was confirmed by scanning and transmission electron microscopy, X-ray phase analysis, and infrared spectroscopy. The low-temperature nitrogen adsorption–desorption isotherms of the studied samples correspond to type IV isotherms according to IUPAC classification, featuring H3-type hysteresis loops typical for mesoporous materials. The specific surface area of the modified sample was found to be nearly half that of the synthesized DMSN, which may be attributed to Fe⁰ occupying or partially blocking the DMSN pore channels. Pore size distribution revealed a broad range of pore diameters between 3 and 50 nm. It was established that under pH = 5.7, the maximum adsorption capacity of Fe⁰@DMSN toward copper ions reached 39.8 mg·g⁻¹, which is approximately 57times higher than that of the unmodified DMSN-1.5 (0.7 mg·g⁻¹). The kinetics of Cu²⁺ removal were described by a pseudo-first-order model. An amino-functionalized adsorbent (DMSN-NH2) was obtained by chemically modifying dendritic mesoporous silica nanoparticles with 3- aminopropyltriethoxysilane. It was determined that the content of – NH₂ groups in the modified sample is significantly higher than the content of – OH groups in the unmodified material: 2.03 meq/g versus 0.16 meq/g, respectively. Successful attachment of amino groups to the surface of the silica particles was confirmed by infrared spectroscopy and thermal analysis methods. The low-temperature nitrogen adsorption–desorption isotherms of both samples correspond to type IV isotherms with H3-type hysteresis loops according to the IUPAC classification. This is characteristic of mesoporous materials, as confirmed by the obtained pore size distribution. It was found that the unmodified DMSN exhibits almost no adsorption capacity toward copper ions at pH 6, with a removal efficiency of only 15%. In contrast, DMSN-NH₂ demonstrates highly efficient Cu(II) removal across the entire tested pH range, with only a slight decrease in removal efficiency from 99% to 87% as the pH increases from 3 to 6. The adsorption equilibrium was reached relatively quickly. Structural-sorption, morphological, and adsorption studies showed that amino functionalization of the DMSN surface significantly enhances its efficiency in removing copper ions from aqueous solutions. X-ray photoelectron spectroscopy results indicate the formation of coordination bonds between Cu²⁺ ions and amino groups, suggesting a combination of physical adsorption and chemisorption processes. Regeneration studies of the used adsorbent indicate its potential for repeated use. The forth chapter presents the results of adsorption removal of copper ions and methylene blue using materials based on commercial silica gel modified with nickel oxide at different mass ratios (SiO₂@0.5NiO and SiO₂@NiO). X-ray diffraction analysis confirmed the successful deposition of nickel oxide on the silica surface. The obtained low-temperature nitrogen adsorption–desorption isotherms correspond to type IV according to IUPAC classification, indicating a mesoporous structure. The hysteresis loop shape suggests that the porous structure of all samples is formed byspherical particles of uniform size, arranged in a homogeneous packing with cylindrical pore channels. These materials also exhibit a narrow mesopore size distribution in the range of approximately 2.5–3 nm, as confirmed by pore size distribution data. It was shown that in the series SiO₂ > SiO₂@0.5NiO > SiO₂@NiO, the specific surface area of the adsorbents decreased from 411 m²/g to 186 m²/g. The commercial SiO₂ exhibited practically no copper ion adsorption, with a maximum capacity of 0.2 mg/g at pH 5.5. For the modified samples, the degree of Cu²⁺ removal increased with increasing pH. The maximum adsorption capacities at pH 5.5 were 0.9 mg/g for SiO₂@0.5NiO and 1.7 mg/g for SiO₂@NiO. Copper ion removal was found to be relatively fast. Adsorption equilibrium was established within 1 hour, with 51% removal achieved within the first 15 minutes for SiO₂@NiO - significantly higher than for unmodified SiO₂. These results indicate that the sorption capacity of silica gel is significantly enhanced after surface modification with nickel oxide. Specifically, the maximum adsorption capacity increased by approximately 5 times for SiO₂@0.5NiO and by nearly 10 times for SiO₂@NiO. The study also showed that methylene blue removal from solution by the synthesized materials occurred rapidly. The highest adsorption capacity (19.3 mg/g) was observed for the sample with a SiO₂ to NiO mass ratio of 1:0.5. The fifth chapter presents experimental data on the removal of copper ions using sorbent materials based on natural and technogenic aluminosilicates. Granules were obtained using saponite modified with ferrihydrite and sodium alginate, as well as a mesoporous adsorbent derived from fly ash coated with a zeolite layer. To obtain granules that are stable in aqueous media, the rheological behavior of clay suspensions based on saponite and biopolymer with varying component mass ratios was investigated. It was established that these systems are thixotropic, and their viscosity— when the same amount of sodium alginate is added-depends on the solid phase content. Based on these results, the appropriate conditions for granulation were selected. It was found that the amount of sodium alginate added significantly affects the stability of the granules in water. The structural-sorption characteristics and thermal properties of the resulting granulated adsorbents were studied, and their potential application for theremoval of heavy metal ions from water was demonstrated. The morphology, phase composition, and chemical structure of sorbents based on aluminosilicate microspheres with a zeolite coating were examined. It was shown that during synthesis, fly ash serves as the source of silicon, while the aluminate solution provides sodium and aluminum. The deposition of a zeolite phase on the surface of fly ash increased the sorption capacity for copper ions from 4.94 mg/g to 6.53 mg/g. However, to further improve efficiency, longer synthesis durations at higher temperatures are required. This study presents, for the first time, an in-depth investigation into the synthesis of adsorption materials based on dendritic mesoporous silica and commercial silica gel with enhanced structural and sorption characteristics. These improvements were achieved through surface modification with zero-valent iron nanoparticles, 3- aminopropyltriethoxysilane, and nickel oxide. The rheological behavior of suspensions based on natural and modified saponite with sodium alginate was examined, and the optimal conditions were determined for producing granulated, water-stable, low-cost adsorbents. Additionally, a mesoporous material coated with a zeolite layer was synthesized using technogenic aluminosilicate waste (fly ash) under relatively simple synthesis conditions and with accessible laboratory equipment. The physicochemical mechanisms of copper ion and methylene blue dye removal using the synthesized adsorbents were studied. The results confirm the promising potential of these materials for efficient purification of water contaminated with such pollutants. From a practical standpoint, the functional materials obtained in this work may be applied in the development of new effective sorbents based on silicates and natural or artificial aluminosilicates for protecting aquatic environments from inorganic and organic toxicants. These sorbents are especially relevant for use in the chemical, food, and mining industries.Документ Відкритий доступ Motivational public speeches: cognitive-discursive and communicative perspectives(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Skichko, Anastasiia Serhiivna; Demydenko, Olha; Encarnación Hidalgo-TenorioSkichko A.S. Motivational public speeches: cognitive-discursive and communicative perspectives. – Manuscript. Thesis for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in the specialty 035 Philology. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2025. Thisthesis exploresthe cognitive-discursive and communicative aspects of motivational public speeches in English delivered by prominent British and American figures who are known for their contribution to various socio-economic and cultural sectors of society. The study is carried out from the perspectives of Cognitive linguistics (CL), Discourse analysis (DA), Functional grammar (FG), and Appraisal theory (AT), with a particular focus on genderspecific issues. The empirical material constitutes the corpus, specifically developed for this research. Motivational public speeches represent a subtype of public speeches closely related to speeches given on special occasions. Moreover, they, as a distinct genre, exhibit unique structural, conceptual, and communicative characteristics, which demonstrate that motivational public speeches can be regarded as an integral component of motivational discourse. The cognitive-discursive properties of motivational public speeches are analysed through the theoretical framework of Cognitive discourse analysis (CODA), employing Cognitive linguistics (CL) and Discourse analysis (DA). Built upon these linguistic approaches, the study proposes three schemes for analysing conceptual metaphors and communicative tactics. The first scheme is developed for the investigation of the most prevalent conceptual metaphors, their source and target domains, and axiological features within public discourse. Beyond that, the communicative aspect of motivational public speeches is explored through Functional grammar (FG), another theoretical approach within CODA, which is complemented by Appraisal theory (AT). These approaches form the basis for two additional analytical frameworks aimed to identify communicative strategies and tactics used by public speakers. The second scheme is designed for Transitivity analysis (TA), enabling the exploration of how speakers’ experiences are reflected in participant and process clauses within motivational public speeches. The third scheme framework, grounded in Appraisal theory (AT), seeks to identify and analyse emotionally charged discursive patterns. Furthermore, investigation of the motivational public speeches required both corpusdriven and corpus-based analyses to accurately obtain the Chi-Square (X2) statistics, which evaluates the significance of variations in word or feature frequencies across different sections of the corpus. The corpus-driven analysis realised through the Key-Word-InContext method is used to identify the most frequent word patterns that shape the structure of each motivational public speech, while the corpus-based analysis, conducted using the UAM Corpus Tool, expands the range of tools for manual annotation and data processing. The results of the study allow us to conclude that in terms of the cognitive-discursive perspectives of motivational public speeches both male and female speakers employ a wide array of conceptual metaphors, particularly structural and ontological ones. The broad range of concepts within the target and source domains that structure ontological metaphors enables the construing of a matrix model of the MOTIVATION concept, which is used to reveal the main ways of its actualisation in motivational public speeches. Strategically, the motivational speeches under analysis employ a wide range of communicative techniques, which are grouped into two key tactics further viewed through gender perspectives: the tactic of constructing motivational statements, analysed via transitivity patterns in participant and process clauses, and the tactic of motivational statement intensification, examined within the framework of Appraisal theory (AT). The tactic of constructing motivational statements comprises such techniques as the speakercentered one, the techniques based on thematic focus, audience engagement, genderspecific, and semantic-role techniques in participant-clauses, as well as process-role, activepassive voice, modality, evaluation, and speaker-related techniques in process-clauses. The tactic of motivational statements intensification employs polarity, cohesion, explicitness, valence/axiology, and evaluation techniques. The findings of this study reveal significant gender-based differences in the linguistic construction of motivational speeches. Thus, female speakers predominantly employ ontological metaphors, particularly the container ones, which emphasise identity, inclusion, and self-empowerment. Their thematic focus revolves around life, motivation per se, language, and education, while male speakers favour block-building metaphors and personification, that relate to the themes of strength, control, and achievement. These differences extend to discourse strategies, with male speakers demonstrating preference for abstract notions, material objects, and neutral evaluations, whereas female speakers highlight human-centric references, emotions, and explicit evaluations. Syntactic analysis indicates that men tend to prefer relational and existential clauses, epistemic modality, and logical structures, while women prioritise material and verbal processes, deontic modality, and emotionally charged discourse. Furthermore, emotivity analysis reveals that female speakers use positive and negative evaluations to enhance persuasive impact, while malesfavor neutral evaluations and moral assessments, reinforcing objectivity and authority. Women’s speeches also exhibit a stronger emphasis on relational emotions, such as attraction and propriety, while men focus on goal achievement and stability, reflecting strategy of realising motivational influence. Further research on this topic might be oriented towards applying additional tools for analysing motivational speeches, particularly those that rely upon non-verbal means such as body motions, facial expression, and vocal dynamics. These elements play a crucial role in reinforcing rhetorical strategies, shaping the emotional appeal, and enhancing audience engagement. Investigating how gender influences the use of non-verbal cues in motivational discourse could provide deeper insights into the multimodal nature of persuasion. Additionally, studying the impact of digital communication and emotional appeals on audience reception would further contribute to understanding the evolving landscape of motivational speeches.Документ Відкритий доступ Organo-mineral textured coatings with enhanced water repellency(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Li Che; Myronyuk, OleksiyLi Che. Organo-mineral textured coatings with enhanced water repellency. - Qualified scientific work on the rights of the manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the specialty 161 - Chemical Technologies and Engineering and Knowledge branch 16 – Chemical Engineering and bioengineering - National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2025. This study is aimed at establishing the possibility of using scalable organomineral surfaces to achieve tunable water wettability. To this end, systems comprising a mineral filler with particles of controlled shape and a polymer binder, as well as a thin organic layer with an extractive texture on the surface, are considered. The study demonstrates the relationship between the size, shape, and hierarchy of the textureforming elements and the surfaces' water-repellent properties, as well as their durability under ultraviolet radiation exposure. This study also contributes to addressing the major challenge of scaling up superhydrophobic surfaces. Since the systems investigated here are based on polymer binders combined with dispersed mineral fillers, this approach can be readily scaled to produce such coatings over large areas using existing manufacturing technologies. The purpose of this study is to establish the connection between the structure and water repellency of organo-mineral surfaces. The object of research is textured surfaces with tuned water repellency on the base of organic interface layer and mineral texture forming elements. The subject of research is the formation of water repellency of textures consisting of mineral structure formers and organic binding and interface layers. It has been shown that in organo-mineral systems based on dispersed particles - using red mud as an example - the water-repellent properties are governed by a combination of key factors: the ability of the particles to form a textured coatingsurface, which in turn depends on the ratio between the particles and the polymer matrix; the surface inertness of the filler particles, with higher inertness leading to more stable water-repellent surfaces; and the particle size, as smaller particles contribute to higher contact angles and thus improved water-repellent performance. Using an integrated approach based on hydrothermal synthesis, Zn-O-based particles with tunable morphology were obtained. By adjusting parameters such as temperature, catalyst type, reaction medium acidity, and the presence of doping agents (e.g., titanium dioxide and silicon dioxide), it is possible to control the particle size within a range of several tens to hundreds of nanometers, introduce hierarchical surface structures, and tailor the shape of the primary crystals, including plate-like, elongated, or irregular particles with complex architectures. It has been shown that the use of hierarchical zinc oxide-based particles, particularly those doped with titanium dioxide, leads to a significant enhancement in water-repellent performance compared to undoped or structurally simple particles. The observed increase in contact angle is approximately 20°, enabling the creation of truly superhydrophobic surfaces based on these hierarchical structures. It has also been demonstrated that superhydrophobic surfaces can be achieved over a broader range of nanoparticle concentrations (20-60 wt. %) when the particles possess a hierarchical surface structure. Unlike those lacking a distinct dual-level hierarchy, such particles enable stable water repellency even as the filler concentration varies. The studied materials with high specific surface area have shown strong potential for use in atmospheric water harvesting from fog. It was found that hydrophobic surfaces enable condensation of up to 7 grams of water per minute. In contrast, hydrophilic surfaces—achieved either by using unmodified mineral particles or by annealing—can collect up to 8.5 grams of atmospheric moisture per minute. The scientific novelty of the study is as follows: For the first time, it has been demonstrated - using red mud as an example - that surface inactivation of its particles, achieved by reducing their polarity through thermal treatment at 950 °C and modification with organosilicon compounds, enables the effective use of such waste as texture-forming components in the production of coatings with pronounced waterrepellent properties. In particular, contact angles of approximately 143° were achieved on the treated surfaces. This study advances the theoretical understanding of the formation of waterrepellent surfaces composed of dispersed micro- and nanoparticles embedded in organic polymer matrices. It was shown that particle surface topography and their chemical inertness play a critical role in generating effective surface texture. Additionally, fine-tuning the ratio between the polymer and the film-forming agent allows precise control over the coating structure, enabling the achievement of maximum contact angles. In this work, contact angles as high as 154° were obtained. This study further develops the understanding of the synthesis of zinc oxide (ZnO)- based particles with tunable morphology. It has been demonstrated that the particle shape is governed by a combination of factors, including the type of catalyst used, the synthesis temperature, the presence of dopants such as TiO₂ and SiO₂, and the ZnO-todopant ratio. By adjusting these parameters, it is possible to control the particle morphology, ranging from plate-like structures typical of pure ZnO to complex hierarchical architectures characteristic of doped forms. It has been shown that doped forms of zinc oxide (ZnO) crystals exhibit pronounced photoactivity. This effect is significantly enhanced when titanium dioxide (TiO₂) is used as a dopant. Specifically, photoluminescence analysis revealed that at a ZnO:TiO₂ ratio of 2:1, the photoactivity increases by approximately 6.5 times compared to undoped ZnO. For the first time, it has been demonstrated that the use of titanium-dioxide-doped zinc oxide particles with a highly developed surface structure leads to a significant enhancement in water-repellent properties compared to conventional nanoscale ZnO particles. At high filler loadings, the contact angle increases from 135° to 154°, classifying such coatings as superhydrophobic. It has been demonstrated for the first time that the developed hierarchical micro/nanostructure of doped zinc oxide particles enables the formation of highly water-repellent surfaces across a broad range of mass ratios between the polymer matrix and the mineral texture-forming particles. Specifically, when the content of doped ZnO/CO₂ particles ranges from 20% to 60%, contact angles remain above 140°. In contrast, the use of individual TiO₂, CO₂, or ZnO particles results in such high waterrepellent performance only within much narrower concentration ranges. It has been shown that coatings containing texturing elements based on modified ZnO particles doped with TiO₂ and SiO₂ exhibit high resistance to UV-induced hydrophilization. These coatings transition from the Cassie–Baxter state to the Wenzel state only after 170 hours of UV exposure, while maintaining a contact angle of approximately 120°. Complete hydrophilization occurs only after 250–280 hours of continuous irradiation. It has been shown that textured surfaces, particularly those with hierarchical micro/nanostructures, are effective for fog water collection. The efficiency of water harvesting significantly increases upon hydrophilization of the surface, with an observed improvement of approximately 30–45% compared to hydrophobic surfaces. The practical significance of the obtained results is as follows: In the course of this work, a novel synthesis method was developed for doped hierarchical ZnO–SiO₂ and ZnO–TiO₂ particles. These materials can serve as a basis for water-repellent textured coatings and are also considered promising hydrophilic materials for atmospheric moisture harvesting. Additionally, both types of particles exhibit pronounced photoactive properties, expanding their potential for use in multifunctional surface applications. The developed organo-mineral coating formulations based on composite hierarchical ZnO particles doped with titanium dioxide and silicon dioxide exhibit stability under ultraviolet irradiation for over 170 hours. These coatings retain their hydrophobic properties under prolonged UV exposure, making them promising candidates for use as UV-resistant water-repellent surfaces.Документ Відкритий доступ Research and development of self-supervised visual feature learning based on neural networks(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Xu Jiashu; Stirenko, SergiiXu Jiashu. Research and development of self-supervised visual feature learning based on neural networks. - Qualified scientific work on the rights of the manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the specialty 121 - Software Engineering and 12 - Information Technologies. - National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2024. This Dissertation focuses on in-depth exploration into the design and development of self-supervised learning algorithms, which are a subset of unsupervised learning techniques that operate without the need for labeled datasets. These algorithms are particularly adept at pre-training models in an unsupervised manner, with the resultant models demonstrating performance on par with their supervised counterparts across a range of downstream applications. This method is particularly advantageous as it aims to mitigate the over-dependence on extensive data labeling that is typical within deep learning paradigms, thereby enhancing efficiency and practical utility in diverse real-world scenarios. The pertinence of selfsupervised learning algorithms is especially highlighted within the realm of medical image analysis. In this specialized field, the requisites for data annotation are not only laborious but also require a high degree of precision due to the critical nature of the data involved. The difficulty of obtaining accurate annotations is compounded by the scarcity of specialists capable of providing them, which in turn underscores the transformative potential of self-supervised learning approaches within this domain. In this dissertation, a cutting-edge self-supervised learning methodology is delineated, which employs the Mixup Feature as the reconstruction target within the pretext task. This pretext task is fundamentally designed to encapsulate visual representations by the prediction of Mixup features from masked image, utilizing these feature maps to extracting high-level semantic information. The dissertation delves into the validation of the Mixup Feature's role as a predictive target in selfsupervised learning frameworks. This investigation involved the meticulous calibration of the hyperparameter , integral to the Mixup Feature operation. Such adjustments allowed for the generation of amalgamated feature maps that encompass Sobel edge detection maps, Histogram of Oriented Gradients (HOG) maps, and Local Binary Pattern (LBP) maps, providing a rich, multifaceted representation of visual data. For the empirical application of this novel method, the visual transformer was selected as the principal architecture, due to its proficiency in handling complex visual inputs and its emphasis on critical image regions. This choice was further reinforced by the insights derived from the Masked AutoEncoder (MAE) approach, which illuminated the potential of utilizing partially visible inputs to reconstruct full images, thus enhancing the model's predictive capabilities in a self-supervised context. A denoising self-distillation Masked Autoencoder model for self-supervised learning was developed. This model synthesizes elements from Siamese Networks and Masked Autoencoders, incorporating a tripartite architecture that includes a student network in the form of a masked autoencoder, an intermediary regressor, and a teacher network. The underlying proxy task for this model is the restoration of input images that have been artificially corrupted with random Gaussian noise patches. This is a strategic choice designed to encourage the model to learn robust feature representations by distilling clean signals from noisy inputs. In doing so, the model is trained to reconstruction of the degraded image, effectively teaching it focus on the essence of the visual content. To ensure comprehensive learning, the model harnesses a dual loss function mechanism. One function is calibrated to reinforce the global contextual understanding of the image, thereby enabling the model to grasp the overall structure and scene configuration. Concurrently, the second function is tailored to refine the perception of intricate local details, ensuring that fine visual nuances are not lost in the process of denoising and reconstruction. Through this innovative approach, the model aspires to achieve a delicate balance between the macroscopic comprehension of visual scenes and the meticulous reconstruction of localized details, a balance that is pivotal for sophisticated image analysis tasks in self-supervised learning frameworks. An exhaustive analysis was executed to assess the experimental performance of two innovative self-supervised learning algorithms, specifically applied to three benchmark datasets: Cifar-10, Cifar-100, and STL-10. This study aimed to benchmark these algorithms against existing advanced self-supervised techniques grounded in Masked Image Modeling. In comparison to other state-of-the-art selfsupervised methods based on Masked Image Modeling, the mixed HOG-Sobel feature maps obtained using Mixup showed outstanding performance on Cifar-10 and STL-10 after full fine-tuning, with an average performance improvement of 0.4%. Additionally, the pre-trained model of the Deep Masked Autoencoder (DMAE) was subjected to a rigorous evaluation. When full fine-tuned on the STL-10 dataset, this model demonstrated a modest yet significant edge over the conventional Masked Autoencoder (MAE), exceeding its performance by a margin of 0.1%. This finding shed light on the potential of DMAE in enhancing model accuracy. Moreover, the study revealed that in comparison to traditional self-supervised learning strategies reliant on contrastive learning, the Mixup Feature method emerged as more efficient. It offered the advantage of shortened training durations and negated the requirement for conventional data augmentation methods, thus streamlining the learning process. In conclusion, the two self-supervised learning algorithms introduced in this research contribute to the expanding repertoire of methods for masked image modeling. Their demonstrated effectiveness on benchmark datasets illuminates their potential for broader applications, particularly in larger and more complex datasets. The application of these self-supervised learning algorithms was effectively expanded to encompass the domain of medical image analysis. This extension involved the utilization of self-supervised pre-training on specifically curated medical image datasets. Following this pre-training phase, the model thus developed was then employed for the downstream tasks. Empirical results from this study illustrate that the approach of self-supervised pre-training surpasses the efficacy of direct training methodologies. A notable enhancement in accuracy, exceeding 5%, was observed upon the Full fine-tuning of the model on the two downstream datasets. Data imbalance poses a substantial challenge in medical image analysis, as inadequate representation of specific conditions or features can negatively impact the efficacy of model training and feature extraction. Considering this, the study developed an imbalanced dataset and delved into the robustness of self-supervised pre-trained models in the context of data imbalance. The experimental findings underscore the superior robustness of self-supervised pre-training methods over from scrath trained models in addressing data imbalance issues. Particularly notable is their performance in scenarios with a positive to negative sample ratio of 1:8, where they exhibit enhanced robustness compared to traditional supervised Convolutional Neural Network (CNN) pre-trained models. These results affirm the effectiveness of our proposed self-supervised pre-trained models in tackling dataset imbalance challenges. The notable improvement in the robustness of self-supervised learning algorithms augments their potential as powerful tools in medical image analysis, suggesting a prospective enhancement in accuracy within intelligent assisted diagnostic systems.Документ Відкритий доступ Research on modified MOF materials for water pesticide pollutant purification(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Zhou Zhentao; Dontsova, TetianaZhou Zhentao. Research on modified MOF materials for water pesticide pollutant purification. – Qualified scientific work on the rights of the manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the specialty 161 – Chemical Technologies and Engineering – National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2025. This dissertation is divided into two main parts: the first is the study of a Ti-MOFbased NH2-MIL-125/TiO2 composite photocatalytic system; the second is the study of an M88A@TA-X photo-Fenton catalytic system based on Fe-MOF modified with tannic acid and calcined. In the first part, the physicochemical structure of the NH2- MIL-125/TiO2 composites and their photocatalytic degradation performance of the insecticide imidacloprid in water are studied in detail. In the second part, the physicochemical structure of the M88A@TA-X series of materials, their photo-Fenton degradation performance of the herbicide atrazine, and their potential applications are studied in detail. This work investigates the photocatalytic activity of NH2-MIL-125/TiO2 composites synthesized at different dosage ratios of TiO2 and TPOT (the precursor of NH2-MIL-125). The results show that all NH2-MIL-125/TiO2 composites exhibit superior catalytic performance compared to pure NH2-MIL-125. Furthermore, we found that the material synthesized with a TiO2/TPOT ratio of 1:1 (NH2-MIL125/TiO2-100%) exhibited optimal catalytic activity (removing 100% of imidacloprid in 90 minutes). Increasing the TiO2/TPOT ratio from 0.35:1 to 1:1 showed animprovement in catalytic activity. However, further increasing the TiO2/TPOT ratio (from 1:1 to 2:1) did not lead to a further increase in catalytic activity. Therefore, this study used NH2-MIL-125/TiO2-100% as a representative material for characterization. X-ray diffraction spectroscopy (XRD), Infrared absorption spectrum (FTIR), and Thermogravimetric analysis (TGA) characterization demonstrated that TiO2 successfully incorporated into the NH2-MIL-125/TiO2 composite during its preparation, and that its incorporation did not disrupt the basic lattice and chemical structure of NH2-MIL-125. Scanning electron microscopy (SEM) results demonstrated that the TiO2 in the NH2-MIL-125/TiO2 composite was uniformly dispersed on the surface, facilitating contact between the catalyst and the pollutant during the reaction. Furthermore, Ultraviolet-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-Vis DRS) results indicate that the band gap energy of NH2-MIL-125/TiO2 is 2.58 eV, lower than that of NH2-MIL-125 (2.68 eV) and TiO2 (3.36 eV). This suggests that NH2-MIL125/TiO2 has a wider spectral response range, thus favoring photocatalytic reactions. For a photo-Fenton catalyst (M88A@TA-X) prepared by modifying Fe-MOF (MIL-88A, denoted as M88A), this paper discusses the effects of different modification methods (including calcination temperature and whether tannic acid modification was used before calcination) on the photo-Fenton catalytic performance of the catalyst. Results showed that M88A@TA-2, modified with tannic acid and calcined at 200 °C, exhibited the best photo-Fenton activity, achieving 100% atrazine degradation within 30 minutes. Its reaction rate constant was 0.164 min⁻¹, 32.8 and 5.5 times that of M88A (0.005 min⁻¹) and M88A@TA (0.030 min⁻¹), respectively. M88A@TA-3 and M88A@TA-4, synthesized at higher temperatures, exhibited significantly reduced or completely inactivated activities. Furthermore, the catalytic activity of M88A-2(synthesized by calcining MIL-88A at 200 °C without TA modification) showed almost no increase compared with that of pure MIL-88A. These findings confirm that tannic acid modification and calcination at 200°C are crucial for enhancing the catalytic activity of MIL-88A. In addition to evaluating the photo-Fenton degradation rates of various materials, we also assessed their H2O2 consumption rates during the photoFenton reaction. Results show that M88A@TA-2 exhibits approximately fourfold higher H2O2 utilization efficiency than M88A, which holds great promise for its future practical applications. To investigate the mechanism underlying the excellent photo-Fenton activity of M88A@TA-2, the morphology and phase structure of the prepared material were characterized using SEM, Transmission electron microscopy (TEM), and BrunauerEmmett-Teller surface area analysis (BET) methods. Results indicate that M88A@TA2 exhibits a loose and porous structure compared to unmodified M88A. Furthermore, its surface area, at 44 m2 /g, is significantly higher than that of M88A (13 m2 /g). Furthermore, XRD, XPS, TGA, and FTIR characterizations demonstrate that M88A@TA-2 possesses a rich defect structure. The band structure of the prepared material was investigated using UV-Vis DRS and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) valence band spectroscopy. Results show that, thanks to defects regulating the band structure, the band gap energy of M88A@TA-2 (2.70 eV) is higher than that of M88A (2.94 eV), resulting in superior light absorption. This paper also discusses the mechanism by which M88A@TA-2 degrades atrazine in water via a photo-Fenton catalytic reaction. First, reactive oxygen species (ROS) scavenging experiments and electron paramagnetic resonance spectroscopy characterization confirmed that the primary reactive oxygen species in the photo-Fenton catalytic reaction are ·OH and 1O2. Ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-QTOF-MS) was used to analyze samples from the photo-Fenton degradation of atrazine using M88A@TA-2, revealing the degradation products. Furthermore, the photo-Fenton degradation products of atrazine by M88A@TA-2 after the addition of different ROS scavengers were analyzed to infer the effects of different ROS on the degradation products. The results further confirm that ·OH and 1O2 are the dominant ROS in the M88A@TA-2 photo-Fenton system. The scientific novelty of the dissertation lies in the following provisions. A new composite photocatalyst, NH₂-MIL-125/TiO₂, based on metal-organic framework (MOF) semiconductors, has been synthesised. This combines the high light absorption capacity of NH₂-MIL-125 with the high oxidation capacity of TiO₂, allowing for greater photocatalytic activity. A new, simple synthesis method has been proposed which includes stages of modification with tannic acid and calcination. This method allows the synthesis of M88A@TA-2 material containing a large number of defects, demonstrating high photo-Fenton catalytic activity and extremely high H₂O₂ utilisation efficiency at low concentrations. This significantly reduces the energy consumption of the photo-Fenton process. Furthermore, a mechanism for the photo-Fenton decomposition of atrazine using the M88A@TA-2 catalyst has been proposed, providing valuable information for future research in the field of photo-Fenton catalysis. The practical significance of this work lies in establishing the optimal conditions for the synthesis of the NH2-MIL-125/TiO2 composite, which provides the basis for its future large-scale production. In addition, a simple method for the synthesis of thehighly efficient photo-Fenton catalyst M88A@TA-2 was developed as part of this study. It has been shown that the use of M88A@TA-2 increases the activity of the traditional photo-Fenton catalyst M88A by 32.8 times and increases the efficiency of the photocatalytic process when activated by hydrogen peroxide by 4 times, which indicates that M88A@ TA-2 effectively decomposes pollutants at extremely low H2O2 concentrations (1.76 mM). In addition, M88A@TA-2 demonstrated strong pH adaptability, which will reduce energy consumption, capital costs and reagent costs when treating complex real-world water environments, demonstrating its significant potential for applications in photo-Fenton processes.Документ Відкритий доступ Resistance factors of bacterial nosocomial infections causative agents as background for the modern antimicrobials development(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Wu Lin; Todosiichuk, Tetіana SerhiyivnaWu Lin. Resistance factors of bacterial nosocomial infections causative agents as background for the modern antimicrobials development – qualification scientific work on manuscript rights. Thesis for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 091 – Biology. National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2023. The relevance of the research. The era of antibiotics, which began with the discovery of penicillin in the ХХ century, may soon end and humanity will face a challenge to overcome which will have to find new solutions. This challenge is now the "era of antibiotic resistance", caused not only by evolutionary mechanisms of protection of pathogens, but also by many factors of human activity. Particular importance are methods of combating infectious agents when they are in treatment centers and a large number of people can both become infected and be a source of their spread. Such infections are nosocomial (hospital-acquired infection) and are defined by World Organization of Health (WHO) as infections that can infect the patient during treatment in hospital or other health care facilities. The sources of infection in hospitals are not only other patients and staff, but also surfaces, instruments, medical manipulations and operations, which is cause to problems in ensuring proper conditions. However, one of the important factors in the treatment of nosocomial infections is their resistance to many antibiotics used in hospitals at the same time, and as a result “superbug” arise, for which there is no effective counteraction. WHO defines a list of such relevant "superbugs", and almost half of them are included in the already established acronym ESCAPE – Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa and Enterobacter spp. It was found that the natural and induced variability of microorganisms that cause inflammatory processes can lead to increased resistance to the action of previously effective antiseptics due to the acquisition of resistance. In addition, the selection of resistant forms of microbial pathogens, can cause low efficiency of therapy, severe disease, long-term treatment or, in some cases, the inability to overcome the infection at all. The mentioned and many other sources, citing WHO and the Center for Disease Control (CDC, USA), state that the need to develop effective antimicrobials against these and other nosocomial infections is a "need of the hour". Obviously, the solution of the problem of overcoming nosocomial infections has many dimensions, including organizational, educational, medical and so on. But these long-term strategies do not remove the urgent task of finding effective antimicrobials or new combinations to treat these severe, often combined infections, right today. This work currently involves a large number of scientists and practitioners, with different approaches to the solvation of the problem. One of the most effective method is undoubtedly the identification of the most vulnerable sites of infectious agents and their application as targets for new drugs. Such vulnerable points of microbial pathogens mainly determine their resistance and pathogenicity, and therefore these factors should be considered more closely to find the target. Therefore, the systematization of scientific data and results in this regard, the analysis and evaluation of the main factors of pathogenicity and resistance of nosocomial and other infections are relevant to determine modern approaches to the development of the latest antimicrobial agents. The goal of the work was to justify systemic approaches to the development of modern antimicrobials based on the analysis of resistance factors of bacterial pathogens of nosocomial infections. To achieve the goal, it was necessary to solve the following problems: - on the basis of theoretical analysis and research, determine the factors and mechanisms of resistance of microbial pathogens, which can be chosen as targets for the action of antiseptics; - to establish the molecular-genetic characteristics of individual representatives of bacterial pathogens that can be used to counter their distribution and to select strategies for antimicrobial therapy; - to propose a method of screening antimicrobial substances for selected pathogenesis targets of pathogenic bacteria, which can be applied in research practice; - to show the prospects of creating effective antiseptics based on microbial products - antibiotics and enzymes of the streptomycete Streptomyces albus; - to develop recommendations for the implementation of methods of monitoring the resistance of nosocomial infections and the principles of modern antimicrobials development. Scientific novelty of the obtained results. The following scientific results were obtained for the first time in the dissertation: - on the basis of genome sequencing and gene annotation of the strain Bacteroides thetaiotaomicron DSMZ 2079 isolated from the patient's blood, the presence of a one- and two-component system for recognizing environmental signals and responding to them was shown, the presence of four homologs of the selftransmitted conjugative transposon CTnDOT, which provides the extension of resistance to tetracycline and erythromycin. The rpoB and tuf genes (in the JHR92_RS03155 and JHR92_RS03195 loci, respectively), which determine the strain's resistance to antibiotics, were identified; - based on the results of the analysis of the 16S rRNA sequences of the isolated clinical strain Pseudomonas oryzihabitans JN 873340 and its comparison with 29 other strains of the species from GenBank, a phylogenetic tree was built and the possibility of identifying their geographical origin by two hypervariable regions V4 and V5 was shown; - the minimum inhibitory concentrations of the new streptofungin antibiotic against C. albicans ATCC 10231 (10 μg/ml), B. subtilis ATCC 6633 (200 μg/ml) and P. aeruginosa ATCC 9027 (500 μg/ml) were established, as well as the absence of toxicity in a wide range of concentrations (from 2.5 to 500 μg/ml), which determines its potential as an active pharmaceutical ingredient; Practical significance of the obtained results. The practical significance of the dissertation consists in solving the scientific and practical problem of developing antimicrobial agents that do not cause the resistance development of microbial pathogens. The developed method for screening inhibitors of sortase A, which is distinguished by the use of cheaper substrates and, accordingly, the possibility of wide application, has been implemented in the practice of the Environmental Comprehensive laboratory of the School of Tropical Medicine of Hainan Medical University, China. (Act of implementation dated September 4, 2023). Developed "Recommendations for the implementation of methods of resistance control of nosocomial infections and principles of development of modern antimicrobial drugs", approved (08.25.23) at the Shupyk National Healthcare University of Ukraine, for use in practice. Proposed as a result of the dissertation research the principles and approaches for the creation of preparations based on biologically active substances with different mechanisms of action were used in the production program of LLC "PHARMA INTERNATIONAL GROUP 2" (Kyiv) in the development of functional cosmetics (Instructions for use dated 20.07.2023 r.). The results of the work were implemented in the teaching of the courses "General microbiology and virology" and "Fundamentals of pharmaceutical production" for students of the specialty 162 "Biotechnology and bioengineering" at the department of industrial biotechnology and biopharmacy of KPI named after Igor Sikorskyi (Act of implementation dated 20.09.2023), as well as for students of the specialty "Tropical medicine" within the framework of lectures and laboratory (practical) classes in the disciplines "Medical immunology", "Pathobiology", "Medical microbiology", "Environmental microbiology ", "Hygienic microbiology", "Environment and health" at Hainan Medical University (China) (Act of implementation dated 01.09.2023). The main provisions of the work are presented in 10 scientific papers: 4 scientific articles included in the Scopus scientometric database, including 2 of them in publications assigned to the 2nd quartile (Q2) in accordance with the SCImago Journal and Country Rank classification (equal to two publications that are counted in accordance with the first paragraph of paragraph 11 of the Resolution of the Cabinet of Ministers of Ukraine dated March 6, 2019 No. 167); 4 articles in specialized foreign periodicals; 2 abstracts at all-Ukrainian and international conferences.Документ Відкритий доступ Автоматизация процесса управления городским хозяйством(2017) Губский, Андрей Николаевич; Стенин, Александр Африканович; Технической кибернетики; Информатики и вычислительной техники; Национальной технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»Документ Відкритий доступ Автоматизація процесу керування адаптивною системою переривчастого теплозабезпечення будинку на базі теплонасосної установки(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Богза, Микола Сергійович; Волощук, Володимир АнатолійовичДисертація на здобуття наукового ступеню доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. У дисертаційній роботі запропоновано подальший розвиток підходу з автоматизації процесу керування адаптивною системою переривчастого теплозабезпечення будинку на базі теплонасосної установки (ТНУ) із застосуванням оптимальних уставок регулятора. Зокрема, визначено умови формування уставки для ПІД-регулятора з урахуванням змінного графіку обігріву будівлі, динаміки теплових режимів в будівлі та зовнішніх умов, що дозволяє підвищити енергоефективність системи теплозабезпечення. Розроблено математичну модель ТНУ, яка дає змогу досліджувати динамічні режими роботи системи теплозабезпечення під час переривчастого обігріву, зокрема при переході від нічного режиму зі зниженою уставкою до етапу ранкового розігріву, що забезпечує комфортну температуру на момент початку робочого дня. Запропоновано алгоритми оптимізації режимів роботи ТНУ, завдяки яким підвищується ефективність системи теплозабезпечення. Також запропоновано методологію інтеграції аналітичних та нейронних моделей ТНУ в середовище MATLAB/Simulink, що дає можливість прискорити процес моделювання системи у змінних умовах експлуатації. Досліджено вплив параметрів переривчастого обігріву на коефіцієнт перетворення (COP), споживання електроенергії ТНУ та комфортні температурні умови у будівлі. Результати дослідження демонструють, що застосування запропонованого підходу дозволяє мінімізувати споживання електроенергії ТНУ, забезпечити гнучке управління температурними режимами та оптимізувати енергоспоживання, що сприяє підвищенню загальної ефективності системи теплозабезпечення будинку. Перший розділ документа містить детальний опис проблематики та актуальності дослідження, присвяченого автоматизованому керуванню ТНУ у системах теплозабезпечення будівель. Основний акцент зроблено на необхідності підвищення енергоефективності за рахунок удосконалення алгоритмів керування, що дозволяють оптимізувати витрати електроенергії без втрати теплового комфорту. У вступній частині розглядається зростання попиту на енергоефективні технології в умовах глобальної тенденції до скорочення використання викопного палива. Особлива увага приділена впливу переривчастого режиму обігріву на зменшення енергоспоживання. Наголошено, що традиційні системи працюють у режимі постійного навантаження, що не завжди є доцільним, особливо в умовах змінних температурних умов та відсутності людей у будівлі в нічний час. Далі обґрунтовується необхідність використання математичних моделей для прогнозування та керування тепловими режимами в будівлі. Описано, що використання пакету Matlab, Simulink, Simscape для моделювання дозволяє створювати динамічні моделі, які враховують зміни умов навколишнього середовища, теплотехнічні характеристики огороджувальних конструкцій будівлі та динамічні процеси теплових режимів. У контексті формування керуючих алгоритмів підкреслюється важливість правильного вибору уставки температури в нічний час та випереджаючого прогріву, щоб до моменту початку робочого дня забезпечити комфортний тепловий режим всередині приміщення. Таким чином, перший розділ висвітлює основні виклики у сфері теплозабезпечення будівель, окреслює мету дослідження та обґрунтовує вибір методів та засобів для реалізації енергоефективного управління ТНУ. Другий розділ дисертації присвячений розробці аналітичної моделі ТНУ, яка є основним інструментом для дослідження її роботи, оцінки ефективності та оптимізації режимів експлуатації. У розділі розглядаються сучасні методи моделювання ТНУ, їхні переваги та недоліки, а також визначаються ключові етапи створення аналітичної моделі. Аналіз методів моделювання охоплює три основні підходи: аналітичні, емпіричні та гібридні моделі. Аналітичні моделі базуються на фізичних принципах, таких як закони термодинаміки, теплопередачі та гідродинаміки, що забезпечує високу точність, але вимагає значних обчислювальних ресурсів. Емпіричні моделі, побудовані на основі експериментальних даних, швидші у реалізації, але менш універсальні та менш адаптивні до змінних умов експлуатації. Гібридні моделі поєднують обидва підходи, дозволяючи отримати баланс між точністю та обчислювальною складністю, що робить їх найбільш перспективними для моделювання складних систем. Наступна частина розділу присвячена етапам створення аналітичної моделі ТНУ. Основою для моделювання є фундаментальні фізичні закони: збереження енергії, теплопередачі, рівняння стану та гідродинаміки потоків. Розробка аналітичної моделі включає математичний опис основних компонентів ТНУ: випарника, компресора, конденсатора та розширювального вентиля. Для кожного з них формулюються рівняння енергетичних балансів з використанням функціональних залежностей які визначають теплофізичні властивості робочих тіл. Особливу увагу приділено використанню програмного пакету CoolProp, який дозволяє точно розраховувати теплофізичні властивості робочих тіл, які використовуються в ТНУ. Інтеграція цього пакета в MATLAB/Simulink/Simscape забезпечує високу точність розрахунків у реальному часі, що критично важливо для динамічного моделювання. Детально розглядається алгоритм використання CoolProp для визначення теплофізичних параметрів робочих середовищ у різних компонентах ТНУ. Реалізація моделі в MATLAB включає розробку модульної структури, у якій окремі функціональні блоки описують роботу кожного елемента системи. Модель інтегрована в середовище Simulink, що дозволяє проводити симуляції динамічних режимів роботи ТНУ та аналізувати ефективність керування тепловими процесами. Для тестування та валідації використовуються експериментальні дані, що дозволяють оцінити похибку моделювання та перевірити адекватність отриманих результатів. Окремий підрозділ присвячений валідації моделі, яка включає порівняння розрахункових значень із експериментальними даними. Аналіз похибок показує, що модель має високу точність, особливо у номінальних і часткових режимах роботи. Висновки до розділу узагальнюють основні результати розробки аналітичної моделі ТНУ, підкреслюючи її практичну значущість для оптимізації режимів роботи такими установками. Зазначається, що модель може бути використана для розробки інтелектуальних алгоритмів керування, що дозволить підвищити енергоефективність системи. Водночас наголошується на її головному недоліку – значних обчислювальних витратах, що ускладнює використання моделі для довготривалих симуляцій. Тому в наступних дослідженнях передбачається заміна аналітичної моделі на модель машинного навчання. Третій розділ дисертації присвячений розробці та інтеграції моделі машинного навчання для ТНУ у середовище Simulink. Традиційні аналітичні моделі, незважаючи на свою точність, мають значні обмеження у швидкодії, що ускладнює їх використання для управління в реальному часі. Використання методів машинного навчання дозволяє зменшити обчислювальну складність та адаптувати модель до змінних умов. Ця методологія поєднує точність аналітичних моделей із швидкодією нейронних мереж, що робить її перспективним підходом до керування ТНУ. Одним із ключових етапів дослідження є вибір моделі машинного навчання. Було проведене порівняння двох підходів: алгоритму Random Forest і нейронної мережі LSTM. Алгоритм Random Forest є простішим у реалізації та менш вимогливим до даних, але він не враховує часових залежностей у роботі системи. Натомість LSTM дозволяє моделювати складні динамічні процеси та аналізувати змінні, що мають довгострокові залежності. Тестування показало, що LSTM значно перевершує Random Forest у точності прогнозування теплових режимів системи, хоча потребує більше обчислювальних ресурсів під час навчання. Розробка нейронної моделі передбачала кілька етапів: збір і підготовка тренувальних даних, вибір архітектури нейронної мережі, її навчання та подальша інтеграція у Simulink. Було використано великий обсяг даних, отриманих із аналітичної моделі ТНУ, що містили інформацію про температурні режими у випарнику, конденсаторі, компресорі, теплове навантаження та масову витрату теплоносія. Дані були нормалізовані та структуровані для ефективного навчання моделі. Вибір архітектури нейронної мережі зупинився на LSTM, оскільки цей тип мереж ефективно працює з часовими рядами. Модель складалася з одного прихованого шару з п’ятьма нейронами, що забезпечило баланс між швидкістю роботи та точністю прогнозування. Для запобігання перенавчанню використовувалися техніки регуляризації, зокрема ранній зупин. Оптимізація виконувалася за допомогою алгоритму Adam, а функцією втрат було обрано середньоквадратичну помилку. Після навчання модель була конвертована у формат, придатний для використання у Simulink. Це передбачало трансформацію нейронної мережі у C-код із використанням бібліотеки keras2c, що дозволило отримати компактний та швидкодіючий код. Подальша інтеграція моделі у Simulink виконувалася через S-функцію, яка забезпечила зв’язок між нейронною моделлю та моделями інших типів, створених вбудованими засобами Matlab/Simulink. Тестування інтегрованої моделі в середовищі Simulink підтвердило її ефективність. Було проведено порівняння трьох реалізацій: вихідної моделі на Python, її еквівалента на мові C та кінцевого блоку S-функції у Simulink. Всі три варіанти показали близькі результати за точністю, що свідчить про коректність перетворення та інтеграції моделі. Водночас значно покращилася швидкість обчислень: якщо модель у Python потребувала значного часу для кожної ітерації, то реалізація у C-коді дозволила суттєво прискорити процес, а блок S-функції забезпечив можливість роботи в реальному часі. Висновки розділу підкреслюють доцільність використання методів машинного навчання для оптимізації роботи ТНУ та синтезу систем управління. Запропонований підхід поєднує точність аналітичних моделей із продуктивністю нейронних мереж, що робить його ефективним інструментом для досліджень. Інтеграція моделі в Simulink відкриває нові можливості для оптимізації управління ТНУ, дозволяючи адаптувати систему до змінних умов експлуатації та прогнозувати її роботу з високою точністю. Майбутні дослідження можуть бути спрямовані на вдосконалення моделі, зокрема на її адаптацію до різних типів ТНУ та розширення можливостей керування за допомогою інтелектуальних алгоритмів. Четвертий розділ дисертації присвячений розробці моделі системи теплозабезпечення будинку. Основною метою цього етапу є створення загальної моделі, яка об’єднує ТНУ, систему опалення та будівлю. Така модель забезпечує відтворення динаміки теплових режимів у будинку, через вплив зовнішніх факторів та роботу системи теплозабезпечення. Також є можливість інтеграції різних алгоритмів керування та їх аналізу для оцінки ефективності та оптимізації роботи системи. Модель враховує конструктивні особливості будівлі, теплофізичні характеристики огороджувальних конструкцій, внутрішні джерела теплоти. Використання кліматичних даних які представлені типовим метрологічним роком, дає можливість дослідити динаміку теплового режиму будівлі впродовж опалювального сезону. Модель ТНУ реалізована на основі нейронної мережі LSTM дає можливість дослідити динаміку змін режимів роботи установки та системи теплозабезпечення загалом. Модель системи опалення побудована з урахуванням постійної витрати теплоносія та роботи за температурним графіком з метою підтримання в приміщеннях теплового комфорту. Одним із ключових етапів дослідження є узгодження теплових режимів моделі ТНУ з моделлю будинку. Цей процес передбачає зв’язок між фізичними параметрами системи, такими як температура теплоносія, теплове навантаження та зовнішні кліматичні умови. Температура води на виході з ТНУ та її масова витрата виступають вхідними параметрами для моделі будинку, яка, у свою чергу, генерує сигнал зворотного зв’язку для регулювання режиму роботи компресора. Таким чином, модель дає можливість дослідити взаємозв’язок між тепловим режимом будівлі та режимом роботи ТНУ, що є важливим для оцінки ефективності роботи системи та пошуку шляхів її оптимізації. Дослідження динамічних режимів роботи системи проводиться з використанням ПІД-регулятора, який забезпечує керування температурою теплоносія на виході з ТНУ. Регулятор визначає необхідне значення температури води залежно від зовнішніх умов, дозволяючи компенсувати теплові втрати та забезпечити стабільний тепловий комфорт у будівлі. Для реалізації цього алгоритму у MATLAB Simulink розроблено та налаштовано ПІД-контролер, який динамічно регулює параметри системи у відповідь на зміну навантаження. Результати тестування моделі підтвердили її ефективність. Виявлено, що впровадження ПІД-контролера дає можливість забезпечити точність регулювання температури, із максимальним відхиленням від уставки до 0,5°C, що є достатнім. Загалом, результати моделювання підтверджують високу точність розробленої інтегрованої моделі системи теплозабезпечення будівлі на базі ТНУ. Отримані дані можуть бути використані для подальшого вдосконалення алгоритмів керування, зокрема шляхом застосування прогнозуючих моделей із застосуванням машинного навчання для прогнозування теплових режимів та адаптивного регулювання роботи ТНУ. Таким чином, проведене дослідження дає можливість розвивати інтелектуальні системи теплозабезпечення, які орієнтовані на сучасні вимоги сталого розвитку та декарбонізації[1]. П’ятий розділ дисертації присвячено розробці та дослідженню алгоритмів керування переривчастим обігрівом на базі ТНУ. Основна увага приділена розробці адаптивних методів керування, які дають можливість зменшити енергоспоживання в нічний період за рахунок зниження температурної уставки, а також забезпечити необхідний рівень комфорту в приміщеннях до початку робочого дня шляхом завчасного переходу в режим розігріву. У розділі обґрунтовано актуальність досліджень у сфері енергоефективного управління теплозабезпеченням, зокрема враховуючи необхідність балансування між економією електроенергії та комфортом в приміщеннях. Розроблено математичні моделі для розрахунку оптимальних параметрів роботи ТНУ, що дає змогу ефективно адаптувати систему до змінних зовнішніх умов. Передбачено використання середовища моделювання MATLAB/Simulink для моделювання системи теплозабезпечення будинку з ТНУ. Використано модель будівлі з її теплофізичними характеристиками, модель ТНУ та алгоритм керування температурним режимом. Проведено численні сценарії моделювання для аналізу впливу температури нічної уставки та часу початку розігріву на загальне енергоспоживання та комфортні умови в будівлі. Результати досліджень показали значний потенціал переривчастого керування. Зокрема, оптимальні параметри керування, визначені для різних температур зовнішнього середовища, дають можливість досягти суттєвої економії енергії без погіршення теплового комфорту у приміщеннях. Аналіз показує, що із зростанням температури навколишнього середовища необхідний час розігріву зменшується, а температура нічної уставки може бути знижена без негативних наслідків для комфорту. Розроблено алгоритм переривчастого керування, що включає блоки збору даних, розрахунку оптимальних параметрів, адаптивного управління режимами роботи ТНУ та аналізу ефективності. Алгоритм реалізовано в MATLAB/Simulink, а результати моделювання свідчать про можливість зниження енергоспоживання системи до 18% у порівнянні з традиційними методами безперервного керування. У фінальній частині розділу представлено порівняльний аналіз ефективності безперервного та переривчастого режимів роботи ТНУ. Виявлено, що при переривчастому управлінні середня температура в приміщенні залишається в допустимих межах, а середня температура теплоносія зменшується, що знижує навантаження на обладнання та подовжує термін його служби. Таким чином, запропоновані алгоритми управління є ефективним рішенням для оптимізації енергоспоживання ТНУ у системах теплозабезпечення будівель. Наукова новизна отриманих результатів дисертаційної роботи заключається в наступному: виявлено і кількісно оцінено оптимальні значення параметрів переривчастого обігріву будинку на базі ТНУ, які забезпечують підвищення енергетичної ефективності системи керування теплозабезпеченням; вдосконалено систему керування переривчастим обігрівом теплозабезпечення будинку на базі ТНУ, яка враховує вплив температури зовнішнього середовища, прямої води в умовах зниженого теплового навантаження, прямої води в умовах розігріву, а також часу розігріву і дає можливість знизити споживання електроенергії ТНУ; удосконалено підходи до інтеграції аналітичних та нейронних моделей у середовищі MATLAB/Simulink за рахунок розроблення спеціальних алгоритмів, що суттєво зменшило затрати машинного часу для імітаційного моделювання динамічних процесів у системах теплозабезпечення; набули подальшого розвитку підходи до дослідження впливу типу робочого тіла на характеристики ТНУ за рахунок інтеграції бібліотек з дослідження властивостей робочих тіл в моделі ТНУ, що дало можливість оцінювати ефективність застосування нових типів робочих тіл (зокрема сумішей) на динамічну характеристики ТНУ. Отримані результати дисертаційної роботи мають і практичне значення, яке полягає в розробленні методики інтеграції складових системи теплозабезпечення — ТНУ, системи опалення та будівлі — в єдину комплексну модель; методики розробки нейронної моделі ТНУ, яка зберігає точність аналітичної моделі та при цьому істотно скорочує час обчислень, що дає можливість ефективно застосовувати її для динамічного керування системою теплозабезпечення; розроблені алгоритму переривчастого керування режимами роботи ТНУ, який мінімізує енерговитрати та забезпечує комфортний тепловий режим у будівлі. Разом з цим результати роботи використовуються в навчальному процесі кафедри автоматизації енергетичних процесів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Це підтверджується відповідним чином оформленим актом (додаток Б).Документ Відкритий доступ Автоматизація процесу керування багатокамерними печами випалювання вуглеграфітових виробів(2020) Коротинський, Антон Петрович; Жученко, Олексій АнатолійовичДокумент Відкритий доступ Автоматизація процесу керування усталеним рухом антропоморфного крокуючого апарата(2016) Гуменний, Дмитро Олександрович; Ткач, Михайло Мартинович; Кафедра технічної кібернетики; Факультет інформатики та обчислювальної техніки; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"Документ Відкритий доступ Автоматизація процесу керування формуванням вуглецевих виробів(2020) Хібеба, Микола Григорович; Жученко, Анатолій ІвановичДокумент Відкритий доступ Автоматизація процесу стабілізації програмного руху безпілотного літального апарату (БПЛА)(2019) Солдатова, Марія Олександрівна; Ткач, Михайло МартиновичДокумент Відкритий доступ Автоматизація процесів керування прогріванням паперового полотна у сушильній частині папероробної машини(2017) Черьопкін, Євгеній Сергійович; Жученко, Анатолій ІвановичДокумент Відкритий доступ Автоматизація процесів керування термічною обробкою вуглецевих матеріалів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Жученко, Людмила Костянтинівна; Волощук, Володимир АнатолійовичЖученко Л. К. Автоматизація процесів керування термічною обробкою вуглецевих матеріалів - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Сьогодні роботу підприємств таких визначальних для народного господарства України галузей промисловості як кольорова та чорна металургія, хімічна промисловість, машинобудування та інші, там, де технологія виробництва нерозривно пов'язана з необхідністю використання електротермічних процесів, неможливо уявити без продукції вуглеграфітового виробництва. Сучасні світові тенденції розвитку названих галузей промисловості характеризуються постійним нарощування обсягів виробництва графітованих вуглецевих виробів. Графіт часто використовується як футеровочний матеріал в доменних та феросплавних печах, атомній промисловості. Алюмінієве виробництво є найбільшим споживачем графітованих виробів. Відомо, що саме виробництво вуглецевих виробів характеризується значними ресурсними та енергетичними затратами. Звідси, підвищення ефективності виробництва вуглецевих виробів є науково-практичним завданням. Це актуально особливо в сучасних умовах, коли спостерігається зростання вартості енергоносіїв на постійній основі. Виробництво вуглеграфітової продукції є складним та багатостадійним. Одними з визначальних стадій даного виробництва, на яких у значній мірі формуються остаточні властивості кінцевої продукції, є технологічні процеси формування та випалювання вуглецевих виробів. На ці технологічні процеси припадає біля 40 відсотків енергозатрат всього виробництва. Одним із шляхів підвищення ефективності технологічних процесів формування та випалювання вуглецевих виробів є створення сучасних систем керування даними процесами. На жаль, існуючі сьогодні на виробництві системи керування не відповідають поставленим задачам підвищення ефективності. Звідси, стоїть питання удосконалення існуючих систем керування, в іншому випадку – розроблення нових. Виходячи з цього, постає актуальна науково-практична задача створення комп’ютерних систем оптимального керування технологічними процесами формування та випалювання вуглеграфітового виробництва, які б відповідали сучасним вимогам ресурсо- та енергозбереження. Представлений короткий опис технологічного комплексу вуглеграфітового виробництва, на підставі аналізу якого виділені об’єкти дослідження – технологічні процеси формування та випалювання. Вибір саме цих процесів обумовлений, по-перше, їх визначальним значенням у формуванні остаточних властивостей кінцевої продукції і, по-друге, їх суттєвою енергоємністю. Проведений аналіз технологічних особливостей процесів формування та випалювання вуглецевих виробів, а також конструктивних особливостей технологічних апаратів, де названі вище процеси відбуваються. Досліджений асортимент вуглеграфітової продукції та показники її якості на прикладі ПрАТ «Укрграфіт», в результаті якого визначені основні показники, які фактично формують ринкову вартість готової продукції і тому саме вони мають бути забезпечені енергоефективними технологічними режимами виробництва в першу чергу. Енергоємність кожної кампанії випалювання визначається перш за все тривалістю останньої. У зв’язку з цим запропонований показник, який може бути використаний у системі керування процесом для визначення його оптимальної тривалості. Проведений аналіз існуючих систем керування процесом формування вуглецевих виробів, а також споріднених процесів показав, що питанням відмовостійкості систем керування даним процесом у вітчизняних дослідженнях зовсім не приділялося уваги, хоча це питання є доволі актуальним. У зв’язку з цим у роботі запропонована відмовостійка система керування процесом формування вуглецевих виробів. На відміну від традиційних відмовостійких систем, дана система враховує циклічний характер технологічного процесу формування шляхом застосування керування з ітеративним навчанням. Проведено оптимальне налаштування системи керування та досліджено її ефективність. Як свідчать усі літературні джерела, а також практика виробництва основним технологічним режимом, який визначає всі техніко-економічні показники процесу випалювання, є тепловий режим. Саме тому дослідженню теплових режимів процесу випалювання з точки зору побудови системи керування ним приділена особлива увага. Метод математичного моделювання застосовується як фактично безальтернативний метод проведення даного дослідження. Враховуючи, що єдиним ефективним керуванням процесу випалювання є витрати палива у «камері під вогнем», саме ця камера була об’єктом дослідження теплових режимів. Результати дослідження показали, що камеру можно умовно поділити на три температурні зони: гарячу, підсклепінчату та холодну. Причому, що принципово важливо для синтезу системи керування, ці зони не мігрують у залежності від типу завантаження камери. Особливу увагу приділено дослідженню впливу витрати палива на теплові режими камери. Важливим висновком є те, що при збільшенні витрати палива зростає перепад температур у заготовках, що може призвести до браку продукції. Особливо небезпечним це є для заготовок, розташованих у «гарячій» зоні печі на початковому етапі кампанії випалювання. «Холодна» зона печі має найнижчі температури. Це означає, що саме на заготовки, розташовані у цій зоні треба орієнтуватись при визначенні оптимальної тривалості процесу випалювання. Важливим результатом проведеного дослідження є висновок про те, що температура пересипки практично не відрізняється від температури заготовки, що знаходиться поруч. Це надає можливість контролювати температуру заготовки за температурою пересипки, яка на відміну від температури безпосередньо заготовки може бути виміряна. За результатами проведеного аналізу існуючих систем керування процесом випалювання вуглецевих виробів виявлені недоліки останніх і сформульоване завдання створення нової системи керування процесом з метою підвищення його ресурсо- та енергоефективності. Запропонована система програмного керування процесом випалювання, досліджено вплив тривалості процесу та параметрів налаштування ЛКрегулятора на техніко-економічні показники виробництва та показники якості готової продукції. З метою усунення недоліків системи програмного керування розроблена система керування процесом випалювання реального часу, в якій для визначення температур заготовок у характерних точках вимірюються поточні температури у відповідних точках пересипки.Документ Відкритий доступ Автоматизація процесів керування інерційними каналами енергоблоку теплової електростанції з використанням двоканального нечіткого контролера(2019) Новіков, Павло Валерійович; Ковриго, Юрій МихайловичДокумент Відкритий доступ Автоматизація процесів планування та стабілізації руху антропоморфного крокуючого апарату (АКА) шарі(2021) Араффа, Хальдун Осман; Ткач, Михайло МартиновичДокумент Відкритий доступ Автоматизоване діагностування ефективності роботи теплонасосної установки на основі критеріїв ексергетичного аналізу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Некрашевич, Олена Василівна; Волощук, Володимир АнатолійовичНекрашевич О.В. Автоматизоване діагностування ефективності роботи теплонасосної установки на основі критеріїв ексергетичного аналізу. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. У дисертаційній роботі запропоновано подальший розвиток підходу з діагностування ефективності роботи компонентів теплоенергетичної системи з використанням критеріїв ексергетичного аналізу та з урахуванням динамічних режимів роботи. У першому розділі дисертації було проаналізовано особливості методології ексергетичного аналізу, поглибленого ексергетичного аналізу та критерії, які при цьому використовуються, й розглянуто можливість застосування цієї методології у задачах діагностування поточного стану компонентів теплонасосних установок з урахуванням змінних режимів роботи. На основі наведених прикладів з’ясовано, що: діагностична інформація у будьякій системі, що експлуатується, є різної природи і, як наслідок, її доволі важко систематизувати через різні за своєю природою фізичні процеси, які відбуваються у системі; зміни в одному компоненті системи можуть впливати на характеристики іншого компоненту, через що діагностична інформація не дає однозначної відповіді на питання, який з компонентів мав більший вплив на погіршення характеристик системи в цілому; згідно з існуючим підходом (Перший закон термодинаміки) різні види та форми передачі енергії оцінюються без урахування якості енергії та не враховуються термодинамічні недосконалості, які обумовлені необоротностями; саме ексергетичний підхід дає можливість визначити місце, значення та джерела термодинамічних втрат при передачі та перетворенні енергії. Виходячи з поставленої мети дослідження, а саме підвищення енергетичної ефективності теплонасосної установки під час її експлуатації шляхом розроблення автоматизованої системи діагностування стану роботи компонентів об’єкта на основі критеріїв ексергетичного аналізу, необхідно вирішити наступні завдання: на основі квазістаціонарного підходу розробити та реалізувати математичну та комп’ютерну модель діагностування зміни ефективності роботи компонентів теплонасосної установки у складі системи теплозабезпечення; визначити доцільність застосування критерії ексергетичного аналізу (зміна ендогенної частини деструкції ексергії) у задачах діагностування та необхідність подальшого розроблення відповідного математичного та програмного забезпечення з урахуванням динамічних режимів роботи теплонасосної установки; розробити та реалізувати динамічну модель об’єкта дослідження, визначити його динамічні характеристики з можливістю синтезу системи керування; розробити та реалізувати алгоритм та моделі діагностування стану компонентів теплонасосної установки з урахуванням динамічних режимів роботи; на основі сформованого підходу та алгоритмів із його реалізації розробити інформаційно-дорадчу систему автоматизованого діагностування теплонасосної установки та практичні поради з впровадження даної системи. Другий розділ дисертації було присвячено розробці комп’ютерної моделі діагностування теплонасосної установки типу «вода-вода» на основі квазістаціонарного підходу. Діагностування ефективності роботи компонентів теплонасосної установки з урахуванням змінних режимів роботи реалізовано на основі ексергетичного аналізу шляхом визначення зміни ендогенної частини деструкції ексергії компонентів теплонасосної установки, яка використовувалася у якості ключового показника діагностування. Це дало змогу ідентифікувати, кількісно оцінити погіршення експлуатаційних характеристик компонентів та їх вплив, як на ефективність інших компонентів так і на ефективність установки в цілому. На базі цього діагностування запропоновано алгоритм предиктивного обслуговування теплонасосної установки, яке призвело до економії електроенергії від 4 до 9% за один опалювальний сезон. У третьому розділі дисертації було розроблено та реалізовано динамічні моделі для дослідження перехідних процесів у теплонасосних установках «повітря-вода» та «вода-вода» у комп’ютерному пакеті Matlab. Внаслідок чого виявлено, що досліджувані перехідні процеси можна апроксимувати аперіодичними ланками першого порядку та те, що об’єкти керування – нелінійні. Проаналізувавши перехідні процеси теплонасосної установки при різних збуреннях та початкових умов, було визначено, що саме зміна температури та витрати води на вході у конденсатор мають більший вплив на вихідний параметр, ніж збурення зі сторони випарника. Також було здійснено перевірку моделі на адекватність для двох варіантів, яка показала, що у порівнянні з експериментальними даними похибка з визначення параметрів об’єктів у динамічних процесах за розробленими моделями не перевищує 10,5%. Четвертий розділ дисертації було присвячено розробленню динамічної моделі діагностування теплонасосної установки типу «вода-вода» на базі запропонованого алгоритму ідентифікації неполадок в установці з урахуванням її динамічних режимів роботи. Модель, яка реалізована в середовищах Matlab та Simulink, складається з моделі динамічних процесів окремих компонентів у взаємозв’язку між собою та моделі визначення потоків деструкції ексергії у досліджуваних динамічних процесах. Розроблено алгоритм, який базується на використанні ексергетичного балансу компонентів теплонасосної установки та визначення ендогенних частин деструкції ексергії при нормальному режимі роботи та в умовах несправностей (накип на поверхнях нагріву, збільшення гідродинамічних втрат у компресорі, тощо). Виявлення компоненту, який найбільше впливає на зниження ефективності теплонасосної установки в цілому, відбувається за ознакою найбільшого зростання ендогенної частини деструкції ексергії цього компонента через погіршення його умов роботи. В даному випадку таким компонентом виявився конденсатор, несправність якого призвела до найбільшого зростання споживання електроенергії у теплонасосній установці. У п’ятому розділі дисертації було розглянуто методологію практичної реалізації та переваги використання цифрового двійника у галузі теплоенергетики з розширенням традиційних підходів до промислової автоматизації. Сучасні теплонасосні установки є доволі складними системами, і тому важливо мати засоби для їх ефективного моніторингу, що сприяє підвищенню їх продуктивності та надійності. Саме тому було створено віртуальну модель теплонасосної установки, яка відображає її роботу в реальному часі та здійснює виявлення несправності в компонентах; та запропоновано архітектуру цифрового двійника, яка дає можливість оптимізувати роботу теплонасосної установки. Використовуючи міжнародний стандарт AutomationML було запропоновано структуру цифрового двійника теплонасосної установки з переліком основних компонентів, всіх важливих атрибутів та параметрів установки. Цифровий двійник теплонасосної установки об’єднує історичні дані та дані в реальному часі для покращення процесу прийняття рішень у межах інформаційно-дорадчої системи автоматизованого діагностування. Наукова новизна отриманих результатів дисертаційної роботи заключається в: доведеній можливості та доцільності використання методології ексергетичного аналізу у задачах діагностування змін експлуатаційних характеристик компонентів системи та оцінювання впливу цієї зміни на ефективність роботи системи в цілому; подальшому розвитку математичного моделювання динамічних процесів теплонасосної установки, що полягає у врахуванні втрат енергії під час стиснення робочого тіла у компресорі та застосуванню критерію ексергетичного аналізу (зміни ендогенної частини деструкції ексергії) у задачах ідентифікації зміни експлуатаційних характеристик компонентів системи в умовах динамічних режимів роботи; розробленні інформаційно-дорадчої системи з використанням технологій цифрового двійника. Отримані результати дисертаційної роботи мають і практичне значення, яке полягає у підвищенні ефективності роботи теплонасосної установки, зменшенню витрат на її обслуговування та часу позапланових та планових ремонтних робіт, що досягається шляхом реалізації розробленої інформаційнодорадчої системи автоматизованого діагностування теплонасосної установки з використанням моделі діагностування стану компонентів. Поряд з цим результати роботи використовуються в навчальному процесі кафедри автоматизації енергетичних процесів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Це підтверджується відповідним чином оформленим актом. У подальшому запропонований критерій ексергетичного аналізу (зміна ендогенної частини деструкції ексергії) використовуватиметься, як ключовий показник ефективності для вирішення задач енергоменеджменту, у разі схвалення міжнародними експертами та членами технічного комітету 185 «Промислова автоматизація».Документ Відкритий доступ Автоматизоване керування процесом підготовки авіаційних кадрів на основі інтелектуальних методів(2016) Прохоренко, Ірина Володимирівна; Касьянов, Володимир Олександрович; автоматизації та енергоменеджменту; -; Національний авіаційний університетДокумент Відкритий доступ Автоматизоване керування технологічним процесом хімічного фрезерування з використанням матричних вихрострумових перетворювачів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Левченко, Олександр Едуардович; Куц, Юрій ВасильовичЛевченко О. Е. Автоматизоване керування технологічним процесом хімічного фрезерування з використанням матричних вихрострумових перетворювачів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертація присвячена розробленню та дослідженню системи автоматизованого керування технологічним процесом хімічного фрезерування з використанням матричних вихрострумових перетворювачів. Сучасний етап розвитку промислового виробництва характеризується зростанням його інтенсивності разом з підвищенням вимог щодо якості продукції, раціонального використання матеріальних ресурсів та енергоефективності, зниженням собівартості продукція, а також використанням нових конструкційних матеріалів та технологій їх виготовлення, розширенням динамічних діапазонів технологічних змінних. Все це актуалізує процеси прискорення розвитку та удосконалення методів та засобів автоматизації виробничих технологічних процесів, пошуку більш досконалих технічних рішень для підтримання та оптимізації певних технологічних режимів. Успішне розв’язання актуальних питань автоматизації керування виробничими технологічними процесами потребує інтеграції новітніх досягнень в різних галузях знань – теорії автоматичного керування, інформаційновимірювальних технологій, комп’ютерної інженерії, технологій неруйнівного контролю та ін. Однією з відповідальних складових автоматизованих систем керування технологічними процесами (АСКТП) є засоби, що включаються у зворотній ланцюг системи автоматичного керування (САК) і здійснюють оцінювання регульованої величини, визначення її відхилення від заданого значення і формують сигнали керування на регулюючий орган. В даній роботі розроблено двоконтурну САК яка інтегрується в АСКТП хімічного фрезерування (ХФ) виробів з алюмінієвих сплавів. Для підтримки в певних межах швидкості процесу травлення застосовано контур керування температурою травника. Для визначення часу травлення застосовано другий контур керування, який забезпечує зупинку процесу травлення за результатами вимірювання поточних значень товщини виробу. В цьому контурі безконтактне визначення товщини виробу в процесі хімічного травлення відбувається на основі використання засобів вихрострумового контролю (ВСК). В роботі набула подальшого розвитку концепція інтеграції засобів ВСК у САК процесом ХФ. Зокрема розглянуто використання технології ВСК, особливість якої полягає у використанні вихрострумових матриць (ВСМ), що дає змогу контролювати процес травлення на значних поверхнях виробів, підвищити ефективність обробки, оптимізувати використання хімічних реагентів та енергії і в сукупності забезпечити високий рівень якості готової продукції. Розглянуто переваги технології ВСК для використання у якості методологічної основи в АСКТП ХФ. До їх числа належать: - можливість перетворення низки неелектричних параметрів об’єктів керування в електричні сигнали, що необхідно для використання в САК; - відсутність механічного контакту з об’єктом керування, що важливо при обробці тонкостінних виробів для запобігання їх деформації; - забезпечення вільного доступу травника до всієї поверхні виробу; - можливість роботи чутливих елементів в широкому динамічному діапазоні зміни технологічних параметрів (температури, концентрації розчинів, швидкості їх руху при перемішуванні тощо); - можливість перейти до керування технологічним параметром за результатами контролю товщини виробу, що змінюється в процесі травлення. Зазначено, що потенціал ВСК для використання в АСКТП ХФ до кінця не розкритий і не достатньо висвітлений у наукових публікаціях. Одним з перспективних напрямів створення засобів ВСК для АСКТП ХФ ґрунтується на використанні вихрострумових перетворювачів матричного типу. Основною перевагою застосування ВСМ є підвищення продуктивності та надійності контролю. Це досягається завдяки: скороченню часу аналізу об’єктів; оптимізації опрацювання інформаційних сигналів, що забезпечує високу чутливість і роздільну здатність визначення технологічних параметрів; адаптивної зміни параметрів сигналів збудження вихрових струмів для завдання необхідних режимів збору первинної вимірювальної інформації; застосуванню сучасних алгоритмів опрацювання даних, що дає змогу реалізувати одночасний контроль на значних ділянках поверхні виробів. Інформаційними параметри сигналів ВСМ при гармонічному збудженні є їх амплітуда, фазовий зсув відносно сигналу збудження. У засобах ВСК ці параметри зазвичай представляються на комплексній площині у виді годографів. Орієнтація на побудову та аналіз годографів сигналів ВСК створює певні труднощі для автоматизації процесу ВСК і його використання в системах керування технологічними процесами. Крім того інформаційні параметри сигналів ВСК часто виявляються чутливими до різних зовнішніх впливів, зокрема до шумів. Це обмежує можливості їх безпосереднього використання для формування керувальних впливів в АСКТП ХФ і обумовлює необхідність застосування методів статистичного опрацювання параметрів сигналів ВСМ. Таким чином, існує актуальна задача розроблення нових автоматизованих методів та засобів ВСК з матричними перетворювачами і створення на їх основі САК які застосовуються в АСКТП ХФ. Проведений попередній аналіз сигналів, які формуються у ВСМ під час взаємодії змінного електромагнітного поля з електропровідними об’єктами керування, дав змогу виявити невикористаний ресурс ВСК для застосування в АСКТП ХФ. В роботі проаналізовано останні публікації з питань автоматизації ВСК у промисловості, розроблено багатовимірну математичну модель сигналів ВСМ, яка включає можливість застосування дискретного перетворення Гільберта для комплексного аналізу сигналів. В роботі розглянуто структурно-логічну схему формування та опрацювання сигналів ВСМ. З’ясовано, що використання дискретного перетворення Гільберта в засобах ВСК у складі САК процесом ХФ дає змогу отримувати значні обсяги інформації про об’єкти керування, синхронно обчислювати амплітудну та фазову характеристики сигналів ВСМ і на цій основі розширити можливості формування керувальних впливів. Розроблена методологія опрацювання сигналів ВСМ дає можливість отримувати вибірки обвідної і фази сигналів ВСМ значних обсягів, що створює передумови для більш широкого використання статистичних методів їх опрацювання. Для підвищення ефективності аналізу сигналі ВСМ було запропоновано додатково застосовувати в моделі сигналів індикаторну функцію. Це дозволяє досліджувати сигнальні поля, сформовані в процесі ХФ на значних ділянках поверхні виробу, з оцінюванням їх просторово-часових характеристик. Дискретне перетворення Гільберта покладене в основу розробленої методики моделювання, опрацювання і аналізу інформативних параметрів сигналів ВСМ. Розроблене програмно-алгоритмічне забезпечення, яке реалізує запропоновану методику опрацювання даних, дає змогу визначати і оцінювати взаємозв'язки між характеристиками сигналу та керованими параметрами, які складно чи неможливо апріорі визначити в аналітичній формі. Розглянуто особливості технології прототипування для створення і модернізації засобів ВСК у складі САК процесом ХФ. В цілому ця технологія передбачає створення функціонуючої фізичної моделі продукту, яка є достатньо детальною, щоб продемонструвати його роботу, але не надто складною, щоб вимагати багато часу та ресурсів для її створення та налаштування. В роботі на базі програмно-апаратної платформи Red Pitaya розроблено прототип системи ВСК для використання в контурі визначення часу травлення САК процесом ХФ. Запропоновано архітектуру програмного забезпечення системи, яка включає в себе ряд алгоритмів для опрацювання та аналізу даних. Для використання в прототипі САК процесом ХФ розроблено та досліджено вихрострумовий перетворювач матричного типу з чутливими елементами у формі плоскої спіральній котушки, виготовлений за технологією друкованих плат. Проведені експериментальні дослідження з вихрострумовими датчиками матричного типу підтвердили високу продуктивність та ефективність технології ВСК на основі ВСМ та доцільність їх використання в АСКТП ХФ. Ефективність ВСM порівняно з традиційними вихрострумовими перетворювачами запропоновано оцінювати за допомогою коефіцієнта ефективності, який враховує зменшення часу контролю, збільшення вірогідності та чутливості контролю. В роботі також запропонована методика та алгоритм опрацювання сигналів ВСМ, які включають нормалізацію комплексних коефіцієнтів передачі каналів ВСМ, що дає змогу збільшити чутливість до зміни товщини виробу. В рамках наукового дослідження було створено прототип системи ВСК з використанням ВСМ. Прототип реалізує запропоновану методику опрацювання та інтерпретації даних, отриманих з ВСМ. Експериментальні випробування технології ВСК з використанням ВСМ на зразках з різними типами дефектів підтвердили її ефективність у контексті вихрострумової дефектоскопії. Обґрунтовано перспективи використання нейромережевих технологій, зокрема згорткових нейронних мереж, для синтезу САК, процес керування в якій базуються на технології ВСК. Використання штучних нейромереж за відсутності прямих зв’язків між характеристиками об’єкта керування та параметрами сигналів ВСМ може значно підвищити ефективність АСКТП.