Развитие научных основ формирования функциональных материалов с заданными свойствами на основе сложных оксидных систем и микросфер энергетических зол

Объекты исследования. Перовскиты; ферритные катализаторы; мембранные материалы; композитные и керамические материалы; сорбционно-активные материалы; композитные вяжущие материалы. Цель работы. Определение взаимосвязи химического, фазового составов, морфологии, структурных характеристик сложных оксидных систем и узких фракций микросфер состава SiO2–Al2O3–FeO и CaO–SiO2–Al2O3–FeO, выделенных из летучих зол, как основы для формирования эффективных катализаторов окислительного превращения метана; мембранных материалов для высокоэффективного выделения гелия и водорода из газовых смесей; микросферических адсорбционно активных систем для извлечения из водных сред катионов токсичных металлов; керамических и композитных материалов высокой прочности. Важнейшие результаты. Впервые, с применением специальных приемов, обеспечивающих очень высокие скорости закалки, получены фазы Раддлесдена-Поппера AO∙(ABO3)n (n = 2) с различным распределением катионов Sr2+/Gd3+ по А-позициям кристаллической решетки. Установлено, что повышение температуры прокалки α-Fe2O3 в интервале температур 800‒1100 °С приводит к резкому падению удельной поверхности, объема пор, повышению плотности кристаллической решетки оксида, обогащению поверхности ионами Fe2+ и резкому снижению удельной каталитической активности в процессе окислительного превращения метана вплоть до практически полной дезактивации катализатора после обработки при 1100 °С. Показана принципиальная возможность разработки силикатных мембранных материалов для разделения смеси He/Ne с гелиевой проницаемостью на уровне полимерных мембран, но обладающих бóльшей селективностью, более высокой химической и термической стойкостью. Установлено, что минеральными прекурсорами основной части немагнитных микросфер энергетических зол системы SiO2–Al2O3–FeO размером 1–3 μm являются изоморфные смешанослойные минералы ряда «NH4-иллит – монтмориллонит» с различной степенью катионного замещения железом. Осуществлен синтез микросферических цеолитных материалов с иерархической микро/макропористой структурой, содержащих фазы цеолитов NaX (FAU), NaP (GIS) и NaA (LTA), для процессов сорбции Cs+ и Sr2+ из водных растворов с использованием ценосфер в качестве темплата и источника Si и Al. Получены ультра-высокопрочные зольно-цементные композитные материалы, содержащие 80% высококальциевой золы с добавкой 0,3% Melflux 5581F и 5% микрокремнезема, с прочностью на сжатие от 108 до 137 МПа. Разработана модель, обеспечивающая приемлемую для прецизионного структурного уточнения аппроксимацию перераспределения электронов в атомах и межатомных связях, на основе атомных оболочек и виртуальных рассеивателей, которая успешно использована при определении положений атомов водорода и анизотропных тепловых колебаний основных атомов в кристаллической структуре крансвикита Mg(H2O)4SO4.