ЭКОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДОВ: СОЗДАНИЕ ЕДИНОГО КОМПЛЕКСА НЕСТАНДАРТНЫХ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, НЕЙТРАЛИЗАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Целью настоящего проекта является разработка физико-химических основ наукоемких технологий мониторинга окружающей среды на базе комплекса химических и физических методов аналитического контроля, совместное применение которых обеспечит высокую эффективность обнаружения опасных веществ в окружающей среде; создание многопрофильных научно-технологических подходов к ликвидации экологического ущерба, которые базируются на оптимизации, масштабировании и валидации новых материалов и технологий для очистки и утилизации различных типов газообразных, жидких и твердых отходов; реализация новых высокоэффективных технологий глубокой переработки последних в практически ценные материалы и продукты. Для решения этих задач в проекте реализуются 5 научных блоков, органично связанных между собой: аналитический мониторинг окружающей среды; очистка воздуха, утилизация газовых выбросов; очистка природных и сточных вод; утилизация твердых отходов и очистка почв; получение полезных продуктов путем переработки отходов. В 2024 г. в каждом из указанных выше блоков были получены принципиально новые результаты, соответствующие мировому уровню, наиболее важными из которых являются следующие: - разработан IDE-сенсор хеморезистивного типа на основе анизотропной сети металлического никеля с высокоразвитой поверхностью, обеспечивающий высокую чувствительность на низкие концентрации диоксида азота (NO2) при комнатной температуре; - созданы сенсоры резистивного типа на основе новых гибридных фото- и газочувствительных полупроводниковых материалов, а также разработан сенсорный элемент для определения полиароматических углеводородов и полиароматических гетероциклических соединений серы. - сконструирован макет компактного лидара для мониторинга загрязнителей акватории, а также сделан расчет оптической схемы для сопряжения зондирующего лазерного импульса и отраженного излучения для зондирования водных сред с целью детектирования и идентификации органических и неорганических загрязнителей; - показано, что применение поликатионных форм низкокремнистых фожазитов позволяет полностью удалять SO2 из газового потока в диапазоне температур 240 - 280℃, который практически недоступен для других известных катализаторов очистки дымовых газов. - созданы материалы на основе высокопроницаемых полиметилорганосилоксановых эластомеров с линейными и разветвленными алкильными, кремний- и кислородсодержащими боковыми группами, которые обладают повышенной селективностью в отношении оксидов серы (SO2) и азота (NO2). - разработан энергосберегающий подход с использованием резонансной схемы и небольшой СВЧ мощности, который позволяет обеспечить существенное снижение температуры процесса дожигания различных летучих органических веществ (ЛОВ) как на перовскитных, так и на оксидно-кобальтовых катализаторах. - впервые синтезированы новые катионные комплексы никеля на основе пинцерных PNP-лигандов и экспериментально установлено, что они проявляют высокую активность в процессах выделения молекулярного водорода и восстановления углекислого газа. - разработаны методы синтеза адсорбентов и катализаторов для очистки водных сред от тяжелых металлов и органических соединений, в т.ч. способ получения материалов PET-UiO-66 и (NH2)-UiO-66 с использованием СВЧ-технологии. Данные методики позволяют создавать целевые продукты со значительно более высокими выходами, производительностью и экономической эффективностью по сравнению с ранее описанными в литературе; - предложен простой метод очистки воды от микропримесей этиленгликоля с использованием перекиси водорода (Н2О2), высокая эффективность и низкие операционные затраты которого достигаются за счет дополнительной активации Н2О2 излучением УФ-С диапазона с целью образования реакционноспособных частиц; - выделено 37 чистых культур бактерий, которые были охарактеризованы по фенотипическим признакам и идентифицированы на основе 16S рРНК, в результате чего была создана коллекция из 27 непатогенных штаммов, перспективных для обработки сточных вод и осадков сточных вод (ОСВ), а также утилизации лигнина или его производных; - осуществлена модернизация компактного спектрометра лазерно-индуцированной плазмы (СЛИП), которая позволяет проводить экспрессные измерения (десятки секунд) содержания тяжелых металлов в сотне или более точках лазерного пробоотбора почв. - разработан CuCr катализатор утилизации отходов в кипящем слое на основе шарикового оксида алюминия, демонстрирующий высокие значения каталитической активности и прочности на раздавливание, превосходящие соответствующие параметры промышленного образца сравнения. - впервые представлены данные о количественном влиянии воды и концентрации исходных фенолятов на выход (конверсию) продуктов процесса каталитического карбоксилирования ароматических спиртов, а также разработаны титан-содержащие катализаторы для каталитического окисления фенола перекисью водорода в гидрохинон и пирокатехин; - предложена новая каталитическая система (Mo/Al2O3) для сероводород-метанового риформинга (H2SMR), которое приводит к образованию сероуглерода и водорода, применение которого позволило впервые выявить интермедиат CH3S* и предложить механизм процесса, при котором метан активируется частицами серы, расположенными на поверхности катализатора, что существенным образом повышает устойчивость последнего за счет снижения коксовых отложений. Полученные результаты соответствуют приоритетному направлению научно-технологического развития Российской Федерации «Адаптация к изменениям климата, сохранение и рациональное использование природных ресурсов», а также следующим важнейшим наукоемким технологиям: «Мониторинг и прогнозирование состояния окружающей среды и изменения климата (в том числе ключевых районов Мирового океана, морей России, Арктики и Антарктики), технологии предупреждения и снижения рисков чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, негативных социально-экономических последствий» и «Технологии создания новых материалов с заданными свойствами и эксплуатационными характеристиками».