Разработка «умных» материалов и технологий для химической, нефтегазовой, пищевой и военной промышленности

В результате работ, выполненных в 2022 году, решены все основные задачи, предусмотренные планом работ на втором этапе. Был разработан метод и отработаны методики получения материалов в поле колебаний на основе соли d- или f- элементов в переходном слое гетерогенной жидкостной системы. Была изучена структура материала межфазных образований, установлены значения параметров и тип сингонии кристаллической решетки. Изменением состава системы, условиями проведения процесса, параметрами внешнего силового поля, воздействующего в процессе межфазного синтеза и самосборки, показана возможность получения материалов с заданными свойствами. Установлена зависимость межу долей кристалличности, размером кристаллита, содержание воды в составе материала межфазных образований с его свойствами. Показана возможность получения покрытий с краевым углом в диапазоне 30 – 1630, которые можно использовать для нанесения на поверхность изделий, улучшая их потребительские качества. Показана возможность модифицирования различных твердых поверхностей с использованием полученных материалов межфазных образований. Получение материала с заданными свойствами является элементом совершенствования технологии «умных» покрытий. Расширение знаний в области свойств структурированных пленок позволяет осуществлять управление их получением, что важно как в теоретическом, так и в прикладном отношении. Синтез материала с прогнозируемыми свойствами можно считать элементом совершенствования технологии получения покрытий, что расширяет знания в области свойств структурированных пленок и их получения по принципу «снизу-вверх». Проведены исследования в области совершенствования свойств базовых марок отечественных АБС-пластиков. Апробирована возможность устранения запаха АБС-сополимера марки АБС-2020 путем его обработки 3% раствором пероксида водорода. Показана эффективность применения данного реагента по целевому назначению. Проведен сравнительный анализ технологических и физико-механических показателей исходного и модифицированного АБС-2020. Показано, что обработка АБС-флеек приводит к снижению показателя текучести расплава (почти в 3 раза), повышению теплостойкости по Вика (на 6 оС), увеличению условной прочности при изгибе и незначительному изменению прочностных показателей при растяжении. Обработка 3%-ным раствором Н2О2 товарного АБС-пластика практически не влияет на его физико-механические показатели Проведенные исследования указывают на возможность использования синтезированного кремнийорганического диамина (Продукта-1) для модификации эпоксидных лакокрасочных покрытий с цель. повышения их эластичности. Было исследовано гидрирование CO2 на наночастицах Cu, диспергированных на ряде Ti-содержащих носителей, которые варьировались от изолированных центров Ti (IV), модифицированного SiO2, до исходного оксида (TiO2). Наночастицы, нанесенные на TiO2, были почти в 10 раз больше, чем наночастицы на всех других носителях (SiO2, модифицированный Ti, и чистый SiO2) после восстановления, как показали эксперименты с ПЭМ in-situ. Скорости гидрирования CO2 и селективность CH3OH на Cu/TiO2 низкие, отчасти из-за окислительно-восстановительных реакций, протекающих на самом носителе. Изолированные центры Ti (IV) на SiO2 повышают скорость синтеза метанола за счет изолированных металлических Ti (IV) центров, выступающих в качестве кислоты Льюиса без способности к восстановлению исходного оксида, что само по себе способствует образованию крупных частиц Cu в восстановительных условиях. Было продемонстрировано, что разработанный подход является эффективным инструментом для понимания эффектов носителя и промотора, и такой подход можно использоваться для разработки более эффективных катализаторов гидрирования CO2 и других гетерогенно катализируемых реакций Получены структуры «core-shell» методом индукционной потоковой левитации. Метод позволяет получать такие каталитические системы в одну стадию. Структура ядро-оболочка, если она правильно спроектирована и оптимизирована для конкретного каталитического применения, может обеспечить эффективность, превосходящую характеристики обычно применяемых традиционных катализаторов. Решение описанных проблем позволяет получать каталитические структуры напрямую из объёмных образцов без использования большого количества растворителей и «агрессивных» веществ, тем самым сделать себестоимость получаемых нами катализаторов сравнимую с существующими и заменить их на производстве. Таким образом синтезированные сore-shell структуры Cu@Cu2O, Ni@NiO, Zn@ZnO методом индукционная потоковая левитация показали высокую эффективность по выходу метанола. Изучен коэффициент газогидратного распределения в процессе эксперимента и газогидратное извлечение газовой смеси N2 (81.70 мол.%) - CO2 (18.30 мол.%) в водных растворах с и без ТБАБ (1 мол.%) при направленной, непрерывной кристаллизации и при кристаллизации при постоянном давлении в интервале температур 275.15–283.15 К при движущих силах 0.50 и 1.50 МПа через 8 ч после начала гидратообразования. Установлено, что максимальное газогидратное извлечение CO2, равное 61 %, наблюдается при кристаллизации при постоянном давлении при Т=274.15 К и ΔP=0,50 МПа с ТБАБ (1 мол.%). Кроме того, добавление ТБАБ (1 мол.%) позволяет снизить давление диссоциации газовых гидратов в 94 раза при Т=278.15 К. Применение непрерывной газогидратной кристаллизации позволило повысить фактор разделения в два раза до 24.3 при температуре 274.15 К, но при этом снизить степень выделения диоксида углерода, реализация каскадной извлечения диоксида углерода позволить повысить степень извлечения, а в финальной стадии сброса в атмосферу необходимо применение дополнительной стадии очистки на основе классической адсорбции.