Разработка методов неорганического и органо-неорганического синтеза наноструктурированных дисперсных и керамических функциональных материалов регулируемого физико-химического состава и улучшенных эксплуатационных свойств для сорбции, катализа и специального практического назначения. Этап 1.

Объектом исследования являются функциональные материалы уникальных композиций, регулируемых свойств с улучшенными эксплуатационными характеристиками, направленные на внедрение новых ядерных технологий в развитии атомной отрасли. Цель работы первого этапа основана на разработке методов неорганического и органо-неорганического синтеза наноструктурированных дисперсных и керамических функциональных материалов регулируемого физико-химического состава и улучшенных эксплуатационных свойств для сорбции, катализа и специального практического назначения.Разработаны способы синтеза и функциональной модификации неорганических селективных сорбентов и гетерогенных катализаторов для технологий обращения с РАО. В результате синтеза получены макропористые магнитные оксиды железа и их алюминатные композиты, а также гетероструктуры Bi2O3/Bi2SiO5 в качестве гетерогенных катализаторов окисления. Реализован синтез сорбционных композитов на основе смешанных ферроцианидов типа K-Ni и K-Zn в составе с полимерным гидрофобизатором и сшивающим агентом, а также получены модифицированные формы магнитных композитных сорбентов на основе феррита кобальта, вермикулита и рисовой шелухи. Исследованы физико-химические характеристики, каталитические свойства в условиях жидкофазного окисления органических красителей, а также сорбционные свойства по селективному извлечению ионов цезия и органических веществ из модельных систем и морской воды. Реализован на практике и описан оригинальный твердофазный “in situ” синтез минералоподобных керамических матриц для надежной иммобилизации теплогенерирующих радионуклидов 90Sr с применением технологии реакционного искрового плазменного спекания. Получены керамические матрицы различного типа на основе SrWO4, SrAl2Si2O8 и SrTiO3 изоструктурные природному шеелиту, полевому шпату и перовскиту. Исследованы физико-химические и механические характеристики матриц, а также их эксплуатационные свойства, включая оценку гидролитической устойчивости по скорости выщелачивания стронция при длительном контакте с водными растворами. Определены и представлены оптимальные условия синтеза, обеспечивающие формирование матриц с эксплуатационным качеством согласно требованиям нормативных стандартов, предъявляемых к отвержденным РАО и единицам хранения ТРО. Разработаны топливные и конструкционные керамические материалы для оптимизации и повышения безопасности эксплуатации ядерных реакторов. Исследованы процессы высокоскоростной консолидации топливных керамических изделий на основе UO2 системы, в составе с выгорающим поглотителем нейтронов Eu2O3 по технологии искрового плазменного спекания. Описаны ранее неизвестные научные сведения о динамике спекания и формировании твердого раствора (U, Eu)O2 в условиях ИПС, а также изучено изменение структуры топливных изделий и их физико-механических характеристик в зависимости от режимов спекания. Подтвержден механизм образования стабильных пор и дефектов в местах присутствия Eu2O3 в объеме UO2 при ИПС, из-за эффекта Киркендалла. Впервые реализован оригинальный способ реакционного искрового плазменного спекания керамического карбида кремния (SiC) и его композитной формы с добавкой диборида гафния (SiC-HfB2) из органического сырья природного происхождения на основе продукта пиролиза рисовой шелухи. Исследован процесс “in situ” взаимодействия в системе SiO2-C, составляющей основу рисовой шелухи, который инициируется искровым плазменным разогревом, с образованием керамического изделия на основе SiC, в том числе с добавкой HfB2. Исследованы процессы фазоообразования и структурных изменений высокотемпературных керамических композитов.Возможности применения полученных результатов следует считать перспективными и востребованными, в частности, гетерогенные катализаторы для технологий жидкофазного окисления органических комплексов в составе с радионуклидами при переработке ЖРО в виде кубовых остатков или технических смывных вод, образующихся на объектах АЭС, а также для очистки сточных вод от стойких органических загрязнителей. Сорбционные материалы ориентированы на очистку водных сред, включая морскую воду, от радионуклидов, в том числе в составе с нефтеуглеводородами, которые являются следствием загрязнения морских акваторий вблизи базирования атомного подводного флота, а также для очистки растворов от тяжелых металлов и органических загрязнителей. Керамические минералоподобные материалы ориентированы для надежной иммобилизации радионуклидов 90Sr для технологий обращения и захоронения РАО, а также для производства радиоизотопной продукции (РТУ, РИТЭГИ и др.). Топливные композиции в составе с выгорающими поглотителями нейтронов способствуют улучшению энерговыделения и обеспечивают продление цикла топливной загрузки атомных реакторов. Высокотемпературная керамика предназначена для задач ядерной энергетики, включая область термоядерного синтеза, где она составляет конструкционную основу химически инертных реакторных материалов и новых форм безопасных матриц для иммобилизации радионуклидов. Полученные результаты исследования являются новыми и расширяют области знаний наук о материалах и современного материаловедения, включают ранее неизвестные фундаментальные основы мокрого и твердофазного синтеза с применением современных технологий золь-гель (темплатного) синтеза, искрового плазменного спекания и реакционного спекания, с учетом комплексного изучения физико-химических закономерностей влияющих на формирование уникальных характеристик и функциональных свойств материалов способных повысить безопасность и эффективность атомной отрасли.