Физико-химические основы получения функциональных материалов, включая микросферические, композитные, наноструктурированные системы, с прогнозируемыми свойствами

Объект исследования - катализаторы окислительной конденсации метана, содержащие в качестве активного компонента дефектные шпинельные, перовскитные и перовскитоподобные фазы; катализаторы на основе ферросфер термолиза тяжелого углеводородного сырья; микросферические стеклокристаллические мембраны на основе ценосфер для процессов разделения гелийсодержащих газовых смесей; высокоэффективные композитные сорбенты на основе ценосфер и ферросфер для иммобилизации радионуклидов и аффинной сорбции рекомбинантных белков. Цель исследования - изучение влияния химического и фазового состава микросферических, композитных, наноструктурированных систем на основе сложных оксидов на функциональные характеристики катализаторов окислительного превращения углеводородов, диффузионных мембран для выделения гелия, сорбентов для выделения радионуклидов из жидких отходов и аффинной сорбции рекомбинантных белков. Впервые показано, что замена Со на Fe в В-позиции структуры Sr₀,₈Gd₀,₂BO₃-δ резко повышает устойчивость системы в восстановительных условиях, обеспечивает стабилизацию кубической формы перовскита и высокие выходы С₂Н₆ в процессе окислительной конденсации метана. Установлено, что термолиз высокомолекулярных нефтяных соединений на ферросферах происходит с участием дефектной системы феррошпинель - гематит. Значительное превышение экспериментальных значений коэффициентов гелиевой проницаемости ценосфер по сравнению с силикатными стеклами объясняется различием состояния стеклофаз, сформированных в резко отличающихся условиях. Показано, что оболочка ценосфер формируется при сжигании угля в условиях высоких температурных градиентов в результате коалесценции микрокапель расплава алюмосиликатных включений угля на внутренней поверхности пор углеродной матрицы. Впервые получены композитные сорбенты, характеризующиеся отношением Mo/Zr = 2,8 - 3,5, тонкопленочной структурой активного компонента на внешней и внутренней поверхности ценосфер и максимальными значениями сорбционной емкости и коэффициента распределения (до 10⁴ мл/г) для Nd³⁺ как имитатора актиноидов. Получены магнитоуправляемые композитные сорбенты типа «ядро - оболочка» с иммобилизованными ионами Ni²⁺. Сорбционная способность композитных сорбентов Ni²⁺-цеолит/ферросферы и Ni²⁺-SiO₂/ферросферы составляет 1,5 - 5,7 г/см³ по отношению к Histag - меченому белку cgreGFP и сохраняется в шести циклах сорбции - элюирования. Эффективность полученных сорбентов не уступает известным коммерческим.