Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 1 (25)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Особливості формування, структура та властивості нанокомпозитних полімерних кріогелевих матеріалів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Демченко, Валерій Леонідович; Рибальченко, Наталія Павлівна; Юрженко, Максим Володимирович; Куницький, Дмитро Вадимович; Маринін, Андрій Іванович; Долгошей, Володимир Борисович; Овсянкіна, Вікторія Олексіївна; Бур’янов, Олександр АнатолійовичЕкологічні катастрофи та техногенні аварії часто мають довготривалі наслідки: забруднення води й повітря, деградацію ґрунтів, зниження якості життя населення. Саме тому питання запобігання таким подіям стає одним із ключових завдань сучасного суспільства. Науковці шукають нові підходи до управління ризиками, впроваджують ефективні системи контролю та підвищують рівень екологічної відповідальності. Особливу роль у цьому процесі відіграють інноваційні технології та наукові розробки, які спрямовані на покращення екології та здоров’я населення. Актуальність створення нового типу перев’язувальних матеріалів пов’язана зі збільшенням кількості пацієнтів, які щороку страждають від ран різного інфекційного походження. Традиційні перев’язувальні матеріали, які тривалий час використовуються у медицині, мають низку недоліків. Зокрема, вони не завжди ефективно поглинають рановий ексудат і можуть прилипати до поверхні рани, що ускладнює процес перев’язки та може спричиняти додатковий біль або пошкодження тканин. У зв’язку з цим зростає інтерес до сучасних матеріалів для лікування ран, зокрема до полімерних гідрогелів. Такі матеріали вважаються перспективними, оскільки вони здатні створювати оптимальні умови для загоєння. Гідрогелі мають бути біосумісними та нетоксичними, добре утримувати вологу, забезпечувати поглинання ранових виділень і водночас підтримувати вологе середовище, яке сприяє швидшому відновленню тканин. Крім того, важливою характеристикою таких матеріалів є наявність антимікробних властивостей. Це дозволяє зменшити ризик інфікування рани та підвищити ефективність лікування, що робить полімерні гідрогелі одним із перспективних напрямів розвитку сучасних перев’язувальних засобів. Робота присвячена формуванню та дослідженню кріогелевих матеріалів на основі полівінілового спирту (ПВС), гіалуронової кислоти (ГК) та наночастинок Ag2O. Кріогелеві матеріали формували шляхом відновлення іонів Ag+ у полімерній матриці до металічних наночастинок срібла за допомогою гіалуронової кислоти при нагріванні з подальшим зшиванням зразків шляхом заморожування-розморожування. Методом ширококутового розсіювання рентгенівських променів було досліджено структуру кріогелевих матеріалів та підтверджено наявність частинок Ag2O у досліджуваних полімерних системах. Було виявлено, що в полімерних системах ПВС-ГК формуються ультрадисперсні наночастинки Ag2O із середнім розміром близько 5 нм, статистично розподілені в об’ємі кріогелю. Було встановлено, що полімерні кріогелеві системи проявляють антимікробну активність щодо грампозитивних Staphylococcus aureus, S. epidermidis та грамнегативних Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli мікроорганізмів. Показано, що збільшення концентрації наночастинок оксиду срібла у композиті приводить до зростання антимікробної активності матеріалів. Найбільші зони інгібування росту мікроорганізмів спостерігалися для зразків із вмістом 1,0 % мас. Ag₂O. Отримані результати свідчать про перспективність використання розроблених кріогелевих матеріалів як основи для сучасних ранових пов’язок із бактерицидними властивостями.Документ Відкритий доступ Comparative study of the antifungal activity of cations of Ce, La, Ag and their nanocomposites(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Atamanchuk, Alisa; Lavrynenko, Olena; Vember, ValeriiaIn this study, a comparative analysis of the antifungal activity of cations of cerium, lanthanum and silver, as well as nanosized oxides and silver-containing composites based on rare earth elements (REE), was performed. The oxides were synthesized by chemical precipitation followed by thermal treatment at 400-600 °C and characterized using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy and electrokinetic methods. Cerium dioxide formed a fluorite-type crystal structure, while lanthanum oxide crystallized in a hexagonal system. Silver formed metallic clusters on oxide surfaces due to Ce+ / Ce4+ oxidation and Ag+ / Ag0 reduction processes. Antifungal activity was evaluated against Aspergillus niger, Candida albicans, Cyberlindnera jadinii, Mrakia aquatica, and Penicillium polonicum using the agar diffusion method. Silver nitrate solutions showed the strongest inhibitory effect against all tested fungi. Unmodified oxides demonstrated limited activity, inhibiting only P. polonicum. In contrast, silver-modified oxides exhibited enhanced antifungal activity against most tested strains. Overall, silver cations and containing them nanocomposites showed larger inhibition zones compared to the antibiotic control, indicating their high potential as antifungal agents.Документ Відкритий доступ Гіс-орієнтована оцінка стійкості теплових карт якості поверхневих вод до щільності мережі постів спостережень та часової несинхронності відборів проб(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Булгаков, Євгеній Сергійович; Безугла, Поліна Максимівна; Сафоненко, Вероніка АндріївнаРозглянуто спроможність чинної мережі державного моніторингу поверхневих вод до відтворення просторово-часової неоднорідності гідрохімічних показників у межах київської ділянки басейну Дніпра за умов місячної періодичності, несинхронності дат відбору та пропусків даних у частині створів. Об’єктом дослідження є р. Дніпро та пригирлові ділянки приток у межах м. Київ. Метою є апробація відтворюваного ГІС-орієнтованого підходу стрес-тестування моніторингової мережі на основі порівняння сценаріїв її щільності та часової прив’язки вимірювань. Використано власні лабораторні визначення розчиненого кисню (метод Вінклера), сульфат-іонів (турбідиметрія) і хлорид-іонів (метод Мора) у 11 точках (8 офіційних та 3 проміжних) у дві дати (13.12.2025 і 25.01.2026) та зіставлено їх із найближчими у часі та просторі наявними офіційними даними Державного агентства водних ресурсів. Побудовано теплові карти та оцінено чутливість просторових висновків до виключення проміжних точок, пропусків у вузлових створах, часових зсувів між серіями. Показано, що несинхронний місячний відбір і розріджена мережа пунктів спостережень призводять до згладжування полів концентрацій розчинених речовин і потенційного пропуску локальних пікових концентрацій; найбільша мінливість показників встановлена для розчиненого кисню. Практично обґрунтовано пріоритизацію ущільнення постів спостережень і підвищення частоти відбору проб у зазначених вузлах річкової системи.Документ Відкритий доступ Дослідження видалення іонів важких металів модифікованим магнітним наносорбентом(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Хохотва, Олександр Петрович; Овсянкіна, Вікторія Олексіївна; Сірідюк, Микита ОлеговичМодифікація поверхні магнітних феритних сорбентів є перспективним підходом до підвищення ефективності вилучення іонів важких металів з водних систем. Метою роботи було отримання магнітоактивного сорбенту на основі магнетиту, модифікованого сполуками сульфідної сірки, та дослідження його сорбційних властивостей щодо іонів Cu²⁺. Досліджували немодифікований та модифікований тіокарбамідом магнетит, синтезований методом співосадження солей Fe(II) і Fe(III) при pH 9,5–10. Сорбцію іонів Cu²⁺ вивчали у модельних розчинах у широкому діапазоні концентрацій і значень pH. Кінетику та рівноважні характеристики оцінювали за ізотермами сорбції, параметри яких визначали за моделлю Ленгмюра. Показано, що модифікація магнетиту тіокарбамідом суттєво підвищує його сорбційну здатність щодо іонів міді. Мінімальні залишкові концентрації Cu²⁺ становили 26,8 мг/дм3 для немодифікованого магнетиту та 5,9 мг/дм3 для модифікованого зразка при початковій концентрації 100 мг/дм3, що відповідає питомій сорбції 1,22 і 2,94 ммоль-екв/г відповідно. Встановлено, що підвищення pH середовища сприяє зростанню ефективності сорбції внаслідок утворення внутрішньосферних поверхневих комплексів іонів Cu²⁺ з гідроксильними групами оксидів заліза. Для модифікованого магнетиту додатковим механізмом зв’язування іонів міді є хелатоутворення за участю атомів азоту та сірки тіокарбаміду. Встановлено, що свіжосинтезований модифікований магнетит не проявляє магнітних властивостей, однак після витримування протягом трьох діб відбувається структурне впорядкування матеріалу, що супроводжується формуванням магнітних властивостей і суттєвим зростанням граничної сорбційної ємності. Величини граничної питомої сорбції становили 63 мг/г для немодифікованого і 80 мг/г для модифікованого магнетиту. Експериментальні ізотерми описуються моделлю Ленгмюра, Дослідження впливу іонів Ca²⁺ показали, що сорбційні властивості модифікованого магнетиту залишаються практично незмінними навіть за восьмикратного надлишку іонів кальцію, тоді як для немодифікованого сорбенту спостерігається істотне зниження ступеня вилучення Cu²⁺. Отриманий магнітоактивний сорбент на основі магнетиту, модифікованого тіокарбамідом, провляє підвищену питому ємкість та селективністю в присутності іонів Ca²⁺. Встановлено новий комбінований механізм сорбції Cu²⁺, що поєднує поверхневе комплексоутворення та хелатування, що забезпечує глибоке очищення водних розчинів в умовах присутності іонів лужноземельних металів.Документ Відкритий доступ Optimization of the nanofiltration process: a mini-review(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Ivanenko, Olena; Huliienko, Serhii; Kornienko, Yaroslav; Halysh, VitaNanofiltration is the perspective and effective process for wastewater treatment. The maintenance of optimal condition is essential for providing of effective performance of nanofiltration equipment. In this analytical review the issue of optimization of the nanofiltration process during the 2011-2020 years was considered, in particular, the topics of the setting of the optimization problem, choice of the criterion of optimality, and the formulation of the objective function with using both mechanistic and statistical models. Also, the applied methods of optimization problem solution and software were briefly considered. It was defined the statistical methods were used in a wider range in comparison with the mechanistic models based optimization, despite the limitations of the range of applicability of such an approach. Correspondingly, in most work, the specialized software for the experiment design was used. The fields of the practical application of the results of the optimization of the nanofiltration process were also analyzed. It was pointed out that for the optimization of nanofiltration, a narrower variety of approaches was applied in comparison with reverse osmosis, which is the closest to the nanofiltration process.Документ Відкритий доступ Методологія побудови автоматизованої системи оперативного моніторингу окремих параметрів виробництва біогазу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Павлов, Сергій Григорович; Лисенко, Віталій Пилипович; Лендєл, Тарас Іванович; Наконечна, Катерина ВіталіївнаЗапропоновано методологію побудови автоматизованої системи оперативного моніторингу окремих параметрів виробництва біогазу - температурного режиму та візуально-статистичних ознак субстрату (середнє значення пікселів, стандартне відхилення, асиметрія, ексцес). Система інтегрує чотири функціональні підсистеми: мобільний IoT-моніторинг середовища на базі мікроконтролера ESP32 із передачею даних через протокол MQTT, технології комп'ютерного зору для експрес-оцінки якості біосировини методом Оцу з попереднім застосуванням CLAHE, ансамбль алгоритмів машинного навчання (XGBoost, LSTM, ResNet-50) для прогнозування виходу біогазу та узагальнену функцію бажаності Харрінгтона для формування рекомендацій оператору. Систематизовано математичний апарат системи: формули обчислення статистичних ознак зображення, метод кількісної оцінки якості на основі нормалізованої відстані від референсних значень, подвійну експоненціальну функцію бажаності з лінійною нормалізацією та метрики регресійного аналізу. Оперативність системи забезпечується передачею даних від IoT-пристрою до хмарної інфраструктури Amazon Web Services менш ніж за 5 секунд та повним циклом обробки - від отримання зображення до видачі рекомендації оператору – за 3,2 хвилини, що суттєво менше характерних часових констант процесу анаеробного зброджування. Архітектура реалізована за розімкненою схемою, де результатом роботи є не безпосередній вплив на виконавчі механізми, а формування рекомендацій для оператора з класифікацією стану біосировини за п'ятьма рівнями якості. Порівняльний аналіз п'яти методів сегментації на наборі з 26 зображень підтвердив перевагу методу CLAHE + Otsu з найнижчим коефіцієнтом варіації 3,63 %. Аналіз важливості параметрів методом Random Forest показав, що візуальна оцінка якості є найбільш впливовим предиктором із відносною важливістю 0,301. Результати 6-місячного тестування на пілотній установці підтвердили ефективність підходу: збір 98,6 % запланованих вимірювань, коефіцієнт детермінації прогностичної моделі R² = 0,91 після циклу донавчання на 100 валідованих записах, зменшення RMSE на 42,6 % – з 0,61 до 0,35 м³/добуДокумент Відкритий доступ Нелінійне предиктивне управління процесом каталітичного риформінгу на основі гібридної моделі(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Цапар, Віталій Степанович; Ткачук, Сергій Михайлович; Бондар, Вадим ВалерійовичДосліджено проблему підвищення ефективності управління процесом каталітичного риформінгу з безперервною регенерацією каталізатора (CCR). Актуальність роботи зумовлена тим, що традиційні системи управління на основі ПІД-регуляторів не забезпечують оптимальної роботи установки через значну інерційність процесу, транспортні затримки, нелінійність характеристик та змінність параметрів внаслідок дезактивації каталізатора. Метою роботи є розробка системи нелінійного предиктивного управління (NMPC) на основі гібридної моделі, що поєднує фізичну кінетичну модель процесу з нейромережевим компонентом для корекції похибок прогнозування.Розроблено комплексну математичну модель процесу CCR-риформінгу, що включає кінетичну модель з 8 псевдокомпонентами та 12 реакціями, модель дезактивації каталізатора та модель розрахунку октанового числа за адитивною формулою. Запропоновано архітектуру гібридної моделі з послідовною інтеграцією компонентів, де нейромережа типу багатошарового персептрона (MLP) з двома прихованими шарами (64 та 32 нейрони) компенсує систематичні похибки фізичної моделі. Гібридна модель забезпечує підвищення точності прогнозування октанового числа на 25% порівняно з базовою фізичною моделлю.Синтезовано систему NMPC з квадратичною функцією цілі, що мінімізує відхилення керованих змінних від завдання та штрафує різкі зміни керуючих впливів. Задача оптимізації включає обмеження на діапазон температур, тиск та швидкість зміни керуючих впливів. Для програмної реалізації використано мову Python з бібліотеками CasADi для символьних обчислень та автоматичного диференціювання, IPOPT для розв'язання задачі нелінійного програмування методом внутрішньої точки. Реалізовано механізм адаптації моделі для компенсації дрейфу внаслідок дезактивації каталізатора.Результати імітаційного моделювання для установки потужністю 1,5 млн т/рік підтверджують переваги розробленої системи NMPC: зниження середньої абсолютної похибки октанового числа на 57 % порівняно з PID-управлінням та на 36 % порівняно з лінійним MPC; скорочення часу перехідних процесів у 2,8 рази; зниження максимального відхилення при збуреннях складу сировини на 63%. Практичне значення роботи полягає у можливості застосування розроблених алгоритмів для підвищення ефективності управління промисловими установками CCR-риформінгу.Документ Відкритий доступ Обладнання та процес сполучення нетканих полімерних матеріалів з дисперсними наповнювачами(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Євлашкін, Михайло Валерійович; Сівецький, Володимир Іванович; Сокольський, Олександр Леонідович; Швачко, Денис ГригоровичРозглянуто процеси формування композитних нетканих полімерних полотен методом melt-blown із післяфільєрним термоконтактним введенням дисперсних наповнювачів у зоні укладання полотна. Мета досліджень – вдосконалення конструкції та режимів створення композиційного нетканого матеріалу шляхом запровадження гарячої віброподачі дисперсних частинок на приймальну підкладку. Для експериментальної перевірки пропонованого метода створено стенд модуля гарячої вібродепозиції. Модуль складався з нагрітого вібраційного лотка, який подавав частинки при температурі, близької до температури плавлення матриці, інфрачервоного підсвічування волокнистого матеріалу, вібруючого колектора та закритої камери подачі повітряного потоку. Інфрачервоне підсвічування сприяє термоконтактному зв'язку дисперсних частинок з волокнами без додавання зв’язуючого, збереженню відкритої пористості та покращеній однорідності матеріалу. Відсутність імпрегнацій/сушіння робить процес коротким і «сухим», що знижує енергоспоживання процесу та дозволяє відмовитися від великогабаритних сушильних секцій. Оптична мікроморфологія підтвердила селективну фіксацію частинок у вузлах без закупорення пор, що разом із відмовою від клеїв і розчинників та замкненим пилоконтуром забезпечує високий рівень енергоефективності й екологічності процесу. Результати мікроскопічного аналізу показали, що структура отриманих волоконно-дисперсних композиційних матеріалів є однорідною, стабільною і придатною для використання як фільтрувальні, адсорбційні та абразивні матеріали.Документ Відкритий доступ Подрібнювачі будівельних відходів (класифікація та огляд конструкцій)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Мікульонок, Ігор Олегович; Швачко, Денис ГригоровичБудівельна галузь є джерелом утворення до половини побутових відходів у світі, тому в контексті циркулярної економіки будівельні відходи, й насамперед відходи від руйнувань, спричинені активними бойовими діями, терористичними актами й диверсіями, мають розглядатися як потенційний ресурс вторинної сировини. Основними компонентами будівельних відходів є бетон, цегла, облицювальна плитка, черепиця й кераміка, деревина, скло, полімерні й бітумні матеріали, метали, кабелі, ґрунт та каміння, дорожній баласт (щебінь), ізоляційні матеріали, а також будівельні матеріали та продукція на основі гіпсу. Натепер найбільш ефективними методами утилізації будівельних відходів є їх використання у будівництві та промисловості будівельних матеріалів з мінімальною зміною фізико-хімічних властивостей і мінімізацією утворення нових відходів. У цьому разі однією з основних операцій з оброблення будівельних відходів є їх розділення на дрібніші фрагменти, зокрема процеси дроблення й подрібнення. Аналіз конструктивно-технологічного оформлення цих процесів показує, що крім традиційного стаціонарного спеціалізованого подрібнювального обладнання наразі широко впроваджуються мобільні універсальні подрібнювачі, насамперед фрезерно-роздавлювального-розривного типу – шредери, які дають змогу ефективно обробляти відходи різної природи (як на мінеральній, так і природній та синтетичній основі). Також набувають поширення комбіновані подрібнювальні установки. При цьому, незважаючи на значну кількість розроблених типів і розмірів подрібнювальне обладнання продовжує удосконалюватися.