Разработка лабораторной методики на получение кремний-углеродных композитов. Проведение вычислительных экспериментов и корректировка параметров модели. Апробация математических моделей и проведение заключительных вычислительных экспериментов по сорбции паров воды и газов

Цель: разработка и последовательная отработка лабораторных методик для оптимизации условий синтеза и получения органически модифицированных кремниевых аэрогелей, условий их высокотемпературной обработки в отсутствии кислорода (пиролиз органической составляющей) для последующей формулировки технических требований к разработке регламента на производство композиционных материалов. Наработаны и проведены испытания партий образцов гибридных кремний-органических аэрогелей (композитов), кремний-углеродных композитов. Проведена корректировка лабораторной методики получения кремний-углеродных композитов. Сформулированы технические требования к разработке регламента на производство гибридных кремний-органических аэрогелей (композитов) в оптимальных условиях. Разработаны математические модели сорбции газов, алгоритмы, и выполнены программная реализация и вычислительные эксперименты, в том числе с применением математической модели термических и механических свойств. Составлен проект технического задания на проведения ОКР по созданию новых типов продукции. Проведены дополнительные патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. Образцы М1-2, М1-4, М1-5 - М1-8, М2-1 - М2-4 обеспечивают сорбцию СО₂ при околонулевых температурах более 1,2 ммоль/г, при этом падение сорбционной емкости по результатам испытаний, включающих 10 циклов сорбции - десорбции, не превышает 7%. Образцы М4-6, М4-7, М4-8 и М4-17 обеспечивают сорбцию СО₂ при температурах 30 и 70°С не менее 1,6 и 2 ммоль/г соответственно, при этом падение сорбционной емкости по результатам испытаний, включающих 10 циклов сорбции - десорбции, не превышает 7%. Образец М4-20 имеет максимальную сорбционную емкость по модельному углеводороду (циклогексану), которая составила 108%. Образец М4-17 показал сорбционную емкость, равную 62%, а образцы М4-11, М4-22 и М4-23 - в интервале 52 - 55%. При этом сорбционная емкость сохранилась на протяжении 10 циклов сорбции - десорбции циклогексана. Образцы М5-2 (ЧС/600) и М5-4 (ЧС/800) могут быть использованы в качестве теплоизоляционной добавки в песчано-цементных смесях в объеме до 5 мас. %. Образцы М6-44 - М6-51 имеют сорбционную емкость по азоту более 4 см³/г, а по аргону - более 15 см³/г. В условиях конкурентной адсорбции из смеси газов преимущественно адсорбируется аргон (коэффициент разделения лежит в интервале от 2 до 5,15), следовательно полученные сорбционные материалы могут применяться для разделения газов. Образцы КУК (М6-44 - М6-51) могут применяться в качестве сорбентов для изготовления датчиков на бурый газ и его аналоги, а после их кислотной активации образцы М6-44КА, М6-45КА, М6-49КА, М6-51КА могут быть использованы в качестве сорбентов для изготовления датчиков на аммиак и его аналоги: имеется устойчивое значимое снижение сопротивления образцов при адсорбции газов. Все образцы показали предел обнаружения газа не менее 1% по NO₂, NH₃. Образцы М6-44 и М6-48 показали высокую сорбционную емкость около точки насыщения (при влажности более 95%) и могут быть использованы для сорбции паров влаги в тепловых насосах сорбционного типа.