Registration Number
0825U002450, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
22-07-2025
popup.evolution
o
Title
Synthesis of adsorption, (photo)catalytic and membrane materials based on aluminosilicates
Author
Viktor S. Kurylenko,
popup.head Olena І. Yanushevska
popup.head Tetiana A. Dontsova
popup.opponent Zenoviy O. Znak
popup.opponent Marharyta I. Skyba
popup.review Myroniuk Oleksii V.
popup.review Viktoriia Y. Tobilko
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Дисертаційну роботу присвячено дослідженню природних алюмосилікатів (цеоліту, бентоніту та каоліну) для створення функціональних матеріалів екологічного призначення – адсорбентів, фотокаталізаторів, каталізаторів та матриць для керамічних мембран. У роботі розроблено підходи до активування та модифікування природних алюмосилікатів з метою покращення адсорбційних, фотокаталітичних і каталітичних властивостей.
Кислотне активування цеоліту та бентоніту реалізовано шляхом обробки нітратною кислотою (2 моль/дм3) за температури 40 °C впродовж 4 годин.
В результаті отримано адсорбційні матеріали та носії для створення фотокаталізаторів/каталізаторів. Фотокаталізатори та каталізатори отримано подальшим модифікуванням носіїв оксидами металів (TiO2, CoO, NiO, ZrO2) за власно адаптованими методиками. Можливість одержання керамічних матриць на основі природних алюмосилікатів вивчено традиційним методом сухого пресування та 3D друком за DLP технологією.
Отримані функціональні матеріали охарактеризовано методами РФА, ІЧ-спектроскопії, термічного аналізу, низькотемпературної адсорбції/десорбції азоту та електронної мікроскопії. Встановлено температурні залежності фазових перетворень досліджуваних алюмосилікатів, поверхневі функціональні групи, структурно-адсорбційні характеристики та кислотно-оснóвні властивості тощо.
Показано, що адсорбційна активність по відношенню до іонів фтору суттєво залежить від рН водного розчину, типу сорбенту, його дози та вихідної концентрації іонів фтору у розчині. Зазначено, що зниження рН водного розчину до значення 3,7 у присутності природного цеоліту (Zeo-0) підвищує ступінь видалення F- до 67 %, а адсорбційну ємність сорбенту – до 0,77 мг/г за вихідної концентрації 15 мг/дм3. Кислотно-активований цеоліт (Zeo-1) виявляв суттєво кращі адсорбційні характеристики: за дози 10 г/дм3 досягалося повне видалення фторид-іонів впродовж 120 хвилин, а за зменшення дози до 1 г/дм3 та вихідної концентрації іонів фтору 15 мг/дм3 адсорбційна ємність адсорбенту і ступінь видалення F- становила 7,89 мг/г і 52,6 % відповідно. Мінімальна доза адсорбентів, яка необхідна для досягнення гранично допустимої концентрації за фторид-іонами, складала 0,4 г/дм3 для Zeo-1 і 1,18 г/дм3 для Bent-1 (вихідна концентрація F- С0 = 3 мг/дм3). Встановлено, що адсорбція іонів фтору за використання усіх адсорбентів найкраще описується моделлю Вагелара-Ленгмюра (R2 = 0,999).
Доведено, що композитні фотокаталізатори на основі природних алюмосилікатів та ТіО2 (10 мас.%) є високо активними у видаленні органічних барвників різної природи (на прикладі метиленового синього та конго червоного). Винайдено, що видалення метиленового синього з водного розчину композитом TiO2/Zeo-1 відбувається повною мірою за рахунок адсорбції, а вилучення конго червоного (до 74 %) – у результаті фотокаталітичного процесу. Порівняльний аналіз вартості та фотокаталітичної активності TiO2/Zeo-1 з комерційним TiO2 P25 показав, що отриманий композит є значно дешевшим (~ у 70 разів), ніж P25 при співрозмірній фотокаталітичній активності.
Дослідження каталітичного крекінгу полістиролу з використанням природного українського цеоліту, модифікованого оксидами Co, Ni та Zr, свідчать про перспективність його застосування як носія каталізаторів в процесах переробки пластикових відходів. За допомогою одностадійної схеми каталітичного крекінгу полістиролу і використання суміші каталізаторів Zeo-1 та NiO/Zeo-1 отримували вихід рідкої фази на рівні 65,3 %. Найвища селективність за стиролом (81,9 %) досягнута для каталізаторів Zeo-0 і CoO/Zeo-1 при застосуванні двостадійної схеми.
Доведено доцільність використання українських природних алюмосилікатів для створення керамічних матриць методом сухого пресування, які характеризувались пористістю до 43,6 %. Продемонстровано можливість 3D друку за DLP технологією з метою одержання керамічних матриць контрольованого дизайну з використанням попередньо термообробленого каоліну.
Registration Date
2025-06-23
popup.nrat_date
2025-06-23 / 2026-07-01
