Формирование новых функциональных микросферических и композитных материалов с заданными свойствами (промежуточный, за 2018 год)

На примере двойного перовскита Sr₀,₈Dy₀,₂СоO₃- показано, что изменение степени упорядочения катионов Sr²⁺/Dy³⁺ в А-позициях кристаллической решетки, происходящее при превращении высокотемпературного разупорядоченного кубического перовскита (I) в упорядоченную тетрагональную модификацию (II), оказывает существенное влияние на каталитическую активность в реакции окислительного превращения метана и свойства подвижного кислорода. Получена серия образцов на основе CaFe₂O₄ системы СаО - Fe₂O₃ (Fe₂O₃ 70 - 100 мас. %), каталитические свойства которых в реакции ОКМ определяются фазой CaFe₂O₄, из которой состоит оболочка гранул катализатора; роль ядра играет фаза гематита. Катализаторы на основе Ca₂Fe₂O₅ - СаО активны в термолизе мазута высокопарафинистой нефти с образованием 57 - 73 мас. % светлых фракций. Сделано предположение, что крекинг высокомолекулярных нефтяных компонентов протекает с участием центров, локализованных на границе фаз Ca₂Fe₂O₅/СаО. Установлено, что проницаемость ценосфер сетчатого строения в отношении Не и Н₂ существенно выше, чем у ценосфер кольцевого строения и силикатных стекол, что предположительно связано с формированием стеклофазы пенистого строения. Показано, что гелий может служить эффективным инструментом для модификации молекулярной структуры силикатных стекол. В зависимости от Tg можно получить различные типы расширенного кварцевого стекла, в том числе пеноподобное стекло, обладающее более высокой гелиевой проницаемостью без потери селективности. Получены наноструктурированные циркономолибдатные покрытия состава ZrMo₂O₇(OH)₂(H₂O)₂ и аморфные цирконосиликатные пленки на основе микросфер системы SiO₂ - Al₂O₃ (структура ядро/оболочка). Установлено, что микросферические композиции проявляют повышенное сродство к катионам Nd³⁺ и Sr²⁺ соответственно, что позволяет проводить их сорбционное извлечение из водных сред с KD порядка 10⁴ - 10⁵ мл/г. В результате анализа общих уравнений взаимосвязи концентраций макрокомпонентов состава SiO₂ = f(FeO), SiO₂ = f(Al₂O₃), CaO = f(SiO₂) и CaO = f(FeO) ферросфер блочного, скелетно-дендритного и пластинчатого типов определены минеральные прекурсоры исходного угля, термохимические превращения которых определяют строение ферросфер. Из высококальциевой золы-уноса получены морфологически однородные узкие фракции дисперсных микросфер системы CaO - SiO₂ - Al₂O₃ с dср = 1, 2, 3, 4 и 10 мкм, которые потенциально пригодны для создания материалов различного назначения с прогнозируемыми и воспроизводимыми свойствами. Исследование влияния состава на прочностные свойства композитов системы CaO - SiO₂ - Al₂O₃ показало, что наиболее активно в водной среде реагируют алюмоферрит Ca₂FeₓAlyO₅ и сульфат кальция CaSO₄. Главными новообразованными фазами являются эттрингит 3CaO • Al₂O₃ • 3CaSO₄ • 32H₂O и гидраты карбоалюминатов кальция Ca₄Al₂(OH)₁₃(CO₃)₀,₅ • 4H₂O и Ca₄Al₂(OH)₁₂CO₃ • 5H₂O, которые вносят основной вклад в высокую (17 - 43 МПа) прочность композитов. Разработан подход к итерационному перевешиванию в методе МПР для фильтрации и уменьшения влияния на процесс полнопрофильного уточнения больших искажений порошковых дифракционных данных, а также систематических невязок между расчетом и экспериментом. Разработан перспективный для практики способ синтеза Ti₅Si₃ восстановлением йодидов титана и кремния расплавленным цинком при 450 - 1100°C. Показано, что кианиты вскрываются при 1300°C примерно за то же время, что и традиционный боксит при 1000°C. Установлено, что введение в состав смазки порядка 0,01% наноуглеродных материалов приводит к формированию на поверхности трения дополнительного пористого слоя, что увеличивает ресурс пар трения и открывает для них возможность практически безызносной эксплуатации. Тестирование электрокаталитической активности мезоструктурированного углерода СМК-3, обладающего эффективной текстурой, показало, что он является перспективным электрокатализатором для электросинтеза Н₂О₂ из О₂ в газодиффузионных электродах.