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

Отчет 65 с., 24 рис., 12 табл., 27 источников, 6 прил. Публикации по проекту (количество): статьи – 12, патентов – 2, материалы и тезисы конференций – 9. Кадровый состав: научных сотрудников 12; докторов наук – 2, кандидатов наук – 8; инженерно-технических работников – 6; до 39 лет – 1; студентов – 4. 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 разделения газовых смесей; микросферических адсорбционно активных систем для извлечения из водных сред катионов токсичных металлов; керамических и композитных материалов высокой прочности. Важнейшие результаты. Впервые получены фазы Раддлесдена-Поппера (Ln0.2Sr0.8)3Co2O7- (Ln=Dy, Gd, Sm) с неравновесным распределением катиона Ln3+ по неэквивалентным позициям, изучена их устойчивость в средах с различным парциальным давлением кислорода и выявлена зависимость подвижности кислорода от характера распределения катиона Ln3+. Установлено, что в системе CaO–Fe2O3 наибольшую каталитическую активность в процессе оксилительного превращения метана с окислителем N2O проявляют катализаторы составов CaO‒Ca2Fe2O5, селективность которых в образовании этана увеличивается со степенью разупорядочения феррита кальция. Разработано программное обеспечение и сформирована база данных для глубокого обучения нейросети, реализующей потенциалы машинного обучения для моделирования растворения и диффузии газов H2O, O2 и H2 в кварцевом стекле. На основе узких фракций дисперсных микросфер состава SiO2–Al2O3–FeO получены керамические материалы с улучшенной микроструктурой, эффективные для применения в качестве микрофильтрационных мембран (степень очистки – 99,99%) и особоплотных композитов (открытая пористость 0,4%). Новые композитные материалы, полученные на основе фаз каркасных цирконосиликатов Na2ZrSi5O16 и Na4Zr2(SiO4)3 с использованием ценосфер, демонстрируют высокую эффективность сорбционного извлечения Pb2+ и Cd2+ из водных растворов (KD ~ до 106 мл/г, степень извлечения – до 99,99%) с возможностью фиксации катионов тяжелых металлов в минералоподобных фазах. Преимуществом геополимерного способа по сравнению с цементной технологией является увеличение прочности в ~ 3 раза вяжущего материала на основе дисперсной зольной фракции с высоким содержанием кристаллической фазы CaO. В схему уточнения кристаллической структуры по порошковым рентгенодифракционным данным введены модели учёта деформационной плотности; отработана методика определения параметров упрощённой модели деформационной плотности по монокристальным данным среднего разрешения.