Реєстраційний номер
0826U004286, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
10-09-2026
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Фотокаталітичне розкладання поліциклічних ароматичних вуглеводнів у водних розчинах на оксидних наноматеріалах
Здобувач
Тімоніна Алвард Разміківна,
Керівник Бєліков Костянтин Миколайович
Опонент Ліннік Оксана Петрівна
Опонент Халамейда Світлана В’ячеславівна
Рецензент Сараєв Вячеслав Євгенійович
Рецензент Беспалова Ірина Ігорівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Державна наукова установа Науково-технологічний комплекс "Інститут монокристалів" Національної академії наук України
Опис
Поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) належать до найпоширеніших і найнебезпечніших забруднювачів природних вод, що надходять з промислових, транспортних, сільськогосподарських та комунально-побутових джерел, накопичуються в довкіллі та виявляють канцерогенну, мутагенну й імунодепресивну дію. Традиційні фізичні, хімічні та біологічні методи очищення води виявляються недостатньо ефективними щодо ПАВ через вторинне забруднення, витрати реагентів або стійкість сполук до біодеградації, тому пошук «зелених» технологій деструкції стійких органічних забруднювачів є актуальним завданням сучасної екологічної хімії. Перспективним підходом є гетерогенний фотокаталіз, що використовує енергію світла, зазвичай не потребує реагентів і забезпечує повну мінералізацію органічних забруднювачів до CO2 та H2O за м'яких умов. Проте деградація ПАВ на оксидних фотокаталізаторах у водних середовищах залишається недостатньо вивченою через складність процесів деструкції їх багатокомпонентних сумішей.
Метою дослідження є встановлення закономірностей фотокаталітичної деградації ПАВ у водному середовищі на оксидних наноматеріалах та їх гетероструктурних композиціях, а також з’ясування впливу фізико-хімічних властивостей цих матеріалів на ефективність процесів окиснення.
Для досягнення мети отримано ряд фотокаталізаторів на основі TiO2, змішаних оксидів і флотуючих композитів перліт/TiO2 та перліт/TiO2/Ag; досліджено каталітичні властивості цих матеріалів щодо сумішей різних ПАВ; вивчено кінетику розкладання, ідентифіковано продукти деградації та показано можливість багаторазового використання досліджуваних фотокаталізаторів.
Основні результати дослідження:
1. Проведено порівняльне дослідження кінетики фотокаталітичної деградації багатокомпонентних сумішей ПАВ на трьох різних типах оксидних наноматеріалів (модифікований TiO2, гетерофазні рутиловмісні системи та флотуючі композити). Встановлено вплив умов синтезу, типу і дозування каталізатора, pH середовища, структури ПАВ на кінетику й механізм їх фотоокиснення.
2. Показано, що застосування простих методів синтезу без термічної або іншої додаткової обробки з використанням промислових оксидів титану (рутильної фази), цинку, молібдену та цирконію дозволяє одержувати бінарні гетерофазні композити, для яких характерне ефективне просторове розділення фотогенерованих носіїв заряду та високий ступінь фотокаталітичної деградації ПАВ у водному середовищі.
3. Розроблено флотуючі композити перліт/TiO2 та перліт/TiO2/Ag, що виявляють високу фотокаталітичну активність щодо ПАВ. Іммобілізація фотокаталітичної фази на поверхні перліту не призводить до зниження ефективності деградації ПАВ порівняно з порошкоподібним TiO2.
Фотокаталітичну активність оцінювали методом ГХ-МС у модельних сумішах ПАВ під УФ (λ=254 нм). Встановлено, що порошковий TiO2 (400 °C) виявляє вищу активність щодо суміші антрацену, флуорантену, пірену та бенз[a]антрацену, ніж аналог (500 °C), що зумовлено більшою площею поверхні та дефектністю. Менш конденсовані ПАВ розкладаються швидше за висококонденсовані. Модифікація наночастинками срібла підвищує фотокаталітичну ефективність завдяки формуванню бар’єра Шотткі на межі Ag/TiO2 та пригніченню рекомбінації носіїв заряду. Для гетеросистем після 180 хв опромінення чотирикомпонентної суміші (аценафтилен, флуорен, фенантрен, флуорантен) досягається повна мінералізація аценафтилену та флуорену, 87–95% розкладання фенантрену та 60–88% флуорантену. Найвищу ефективність продемонстрував механохімічно активований TiO2/ZnO – понад 90% активності протягом 4 послідовних циклів. Для TiO2/MoO3 константа швидкості реакції псевдо-першого порядку щодо аценафтилену становила 43·10-3 хв-1. Флотуючі композити не поступалися порошковому TiO2, працюючи на межі вода–повітря. Модифікований сріблом композит виявляє підвищену циклічну стабільність, зберігаючи високу активність у 5-му циклі використання.
Уперше кількісно розмежовано внески фотолізу та фотокаталізу в деструкцію суміші 16 ПАВ. Доведено, що модифікація TiO₂ сріблом забезпечує глибокий розклад навіть найстійкіших сполук, а постсинтетична обробка змішаних оксидів оптимізує кінетику процесу. Розроблено нові ефективні флотуючі фотокаталізатори на основі перліту (Ag/TiO₂), а також ідентифіковано продукти та запропоновано шляхи трансформації ПАВ у водному середовищі.Практична цінність: результати роботи є підґрунтям для оптимізації фотокаталітичних технологій водоочищення та створення нових композитних матеріалів. Встановлені кінетичні закономірності та ідентифіковані продукти деградації дозволяють прогнозувати динаміку вилучення ПАВ і підвищувати екологічну безпеку технологічних процесів.
Дата реєстрації
2026-08-05
Додано/оновлено в НРАТ
2026-08-05 / 2026-10-01
