Новые материалы на основе природного сырья: наноархитектура и функционализация

В отчете представлены результаты исследований, выполненных в 2022 году по проекту «Новые материалы на основе природного сырья: наноархитектура и функционализация» (шифр «FSZE-2020-0007 (0768-2020-0007)») в рамках Государственного задания № 075-00307-20-01 от 12.03.2020 г. Объект исследования — функциональные наноматериалы на основе природного сырья. Цель работы — разработка новых подходов к синтезу и создание наноструктурированных материалов на основе природных объектов (алюмосиликатные нанотрубки галлуазита, наноцеллюлоза) для различных областей топливно-энергетического комплекса. Методология проведения работы — синтез новых функциональных наноматериалов; определение их физико-химических характеристик, каталитической и фотокаталитической активности. Результаты работы и их новизна. 1) Получены и охарактеризованы по прочностным и физико-химическим характеристикам не менее трёх (а именно, пять) композитных материалов на основе наноразмерных частиц целлюлозы и полимеров. 2) Проведено изучение теплофизических свойств полученных термоаккумулирующих материалов на основе наноразмерных частиц целлюлозы, в том числе температур плавления и кристаллизации, величины удельной теплоты фазовых переходов, термической и циклической стабильности, а также стабильности формы (отсутствия утечек стеариновой кислоты при фазовых переходах). 3) Изучено травление (деалюминирование) алюмосиликатных нанотрубок минеральной кислотой (варьирование времени и температуры обработки). 4) Синтезированы и охарактеризованы рутений-содержащие катализаторы на основе травленых (деалюминированных) нанотрубок. 5) Проведено исследование рутений-содержащих катализаторов на основе галлуазита в гидродеоксигенации гваякола (реакторы периодического действия). 6) Получены и охарактеризованы образцы супергидрофобных покрытий с использованием не менее трёх (а именно, трёх) гидрофобизированных материалов, отличающихся масштабом частиц и создаваемого микрорельефа. 7) Проведено исследование фотокаталитического разложения метиленового голубого в присутствии фотокатализаторов на основе квантовых точек сульфида кадмия, в том числе допированного со-катализатором (рутением). Была проведена характеризация полученных материалов комплексом физико-химических методов. Новизна получаемых результатов определяется новизной получаемых композитных материалов, сочетающих структурную основу из природных наноматериалов и функционализацию с использованием принципов самосборки и региоселективной модификации. Область применения результатов. Полученные материалы могут использоваться в качестве энергосберегающих материалов, катализаторов, фотокатализаторов, а также супергидрофобных покрытий для улучшенной конденсации жидкостей и массообменных процессов. Экономическая эффективность или значимость работы. Разработка новых наноматериалов на основе природного сырья позволит получить научные результаты мирового уровня, а в отдельных направлениях — превышающие мировой уровень. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования. На основании полученных результатов могут быть разработаны новые методы синтеза функциональных наноматериалов, а также определены новые области их применения (в строительстве с использованием энергосберегающих технологий, в промышленном катализе, в процессах разделения газов и жидкостей).