Нанопористые сорбционные материалы с иерархической структурой пор на основе сверхсшитых поливиниларенов и мономерных ароматических соединений

Разработка новых типов пористых полимеров является актуальной задачей, поскольку имеет большое значение для успешного развития сорбционных технологий, биомедицины, аналитической химии, хранения газов, гетерогенного катализа и других областей промышленного производства и науки. Полимеры с иерархической пористой структурой в этом плане являются наиболее перспективными. Благодаря высокой проницаемости системы крупных транспортных пор в сочетании с адсорбционной активностью нанометровых пор подобные полимеры являются эффективными сорбционными материалами. Среди всех известных полимерных сорбентов наиболее перспективными являются сверхсшитые полимеры с их уникальными физическими свойствами, в том числе адсорбционными. Перспективным подходом, обеспечивающим формирование иерархической структуры пор (микро-, мезо-, макропоры) является синтез новых структурных типов полимеров этого класса с применением различных методов физического модифицирования. Проект направлен на решение важной научной задачи: создание на основе сверхсшитых ареновых полимеров новых нанопористых сорбционных материалов с иерархической структурой пор. Разрабатываются сорбенты двух видов - аэрогели и композитные гидрогелевые системы. Аэрогели предназначены для использования в качестве сорбентов паров токсичных органических соединений. Композитные гидрогелевые системы включающие сверхсшитые ареновые полимеры и природный полисахарид хитозан перспективны для применения в биомедицине. Научная новизна исследований заключается в том, что разрабатываются новые нанопористые сорбенты из класса сверхсшитых полимеров обладающие иерархической структурой пор. Предполагается синтезировать новые сверхсшитые ареновые полимеры на основе поливинилкарбазола, поливинилнафталина, полиаценафтилена, дифенилоксида, стильбена, дифенилфталата. Подобные полимеры в литературе не описаны. Разрабатываемые полимеры в виде аэрогелей имеют иерархическую пористую структуру с высокой проницаемостью и сорбционной способностью к токсичным органическим веществам разных классов. Предполагается, что топология системы пор этих полимеров может контролироваться не только за счет варьирования структуры исходных соединений, но и за счет варьирования условий удаления жидкой фазы из органогеля по окончании синтеза сетчатого полимера (высушивание в сверхкритическом СО2, сублимационная сушка, термическое высушивание). Предлагаемая методика получения сорбентов позволит существенно расширить область практического применения сверхсшитых полимеров, так как появляется возможность целенаправленного видоизменения их пористой структуры. Также будут получены сверхсшитые полимеры с аномально высокой для гидрофобной матрицы водоудерживающей способностью. На основе таких полимеров будут разработаны композитные гидрогелевые системы, включающие природный полисахарид хитозан с иммобилизованными микрочастицами серебра. Такие композиты с бактерицидными свойствами способны активно сорбировать лекарственные соединения из класса антибиотиков и перспективны для использования в качестве сорбентов биомедицинского назначения. В рамках предлагаемого к рассмотрению проекта исследуется пористая структура сорбентов методом низкотемпературной адсорбции газов с использованием различных расчетных алгоритмов на основе теории капиллярной конденсации, полислойной адсорбции, функционала плотности. Изучаются особенности структуры сорбентов методами электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Исследуются сорбционные свойства полученных материалов для адсорбатов – паров токсичных органических растворителей (бензол, дихлорэтан, диоксан и др.) и антибиотиков из водных растворов. Исследуется адсорбция диоксида углерода (0 оС, 1 атм.). Установление и изучение корреляций между параметрами системы пор и адсорбционными свойствами пористых полимеров является важной и актуальной задачей для современной химии полимеров, материаловедения и физической химии.