Многофункциональные наносорбенты нового поколения для ремедиации объектов сельскохозяйственного водопользования, улучшения качества водных ресурсов агропромышленного комплекса и организации экологически чистых аквахозяйств

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-13-20074

НазваниеМногофункциональные наносорбенты нового поколения для ремедиации объектов сельскохозяйственного водопользования, улучшения качества водных ресурсов агропромышленного комплекса и организации экологически чистых аквахозяйств

Руководитель Ткачев Алексей Григорьевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" , Тамбовская обл

Конкурс №66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова Гибридные графеновые материалы, аэрогели, сверхкритические технологии, гидротермальный синтез, карбонизация, адсорбция, поллютанты, механизм, сельскохозяйственное водопользование, ремедиация

Код ГРНТИ70.25.11

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одним из основных потребителей водных ресурсов в стране является агропромышленный комплекс. Водоочистка для сельского хозяйства имеет приоритетное значение для получения качественной, здоровой сельхозпродукции. Потребность в водоподготовке для сельского хозяйства с каждым годом возрастает. Согласно «Водной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года» предполагается существенное увеличение использования водных ресурсов в АПК России с объемом изъятия водных ресурсов к 2023 г. до 27 км3 /год. К 2025 г., по прогнозным расчетам ФГНУ «РосНИИПМ», объем водных ресурсов только на орошение земель ориентировочно составит: по оптимистическому сценарию – 40 км3 /год, по реалистическому сценарию – 35 км3 /год. Потребность сельского хозяйства в водоподготовке, удовлетворяющей современным требованиям качества, возрастает из-за большой водоёмкости отрасли. Так, для тепличного хозяйства, площадь которого составляет 12 га, потребуется около 1200 кубометров специально подготовленной воды в сутки. Существуют следующие направления потребления воды в сельском хозяйстве: поение животных и птиц; системы орошения и полива полевых и тепличных растений; системы гидропоники и аэропоники, используемые в теплицах; системы туманообразования, необходимые для контроля микроклимата; системы приготовления растворов удобрений; системы навозоудаления; хозяйства по разведению рыбы; паровые котельные; системы отопления; оборотные системы охлаждения; системы вентиляции и кондиционирования воздуха; мойка сельскохозяйственной техники и помещений; хозяйственно-питьевые нужды работников предприятий. Вместе с этим решается и множество узкоспециальных задач. Инфраструктура и системы управления для очищения и повторного использования сточных вод позволят приблизиться к решению проблемы дефицита воды, снижения загрязнения окружающей среды, а также поддержки производства пищевых продуктов. Одной из основных задач совершенствования системы очистки и ремедиации водных систем АПК является научно-техническое обеспечение, разработка и привлечение новейших технологий и технических средств. Среди перспективных научных направлений, развиваемых сегодня в передовых странах, следует особо отметить разработку новых комплексных наноструктурированных и нанодисперсных сорбентов, в частности, на основе графеновых структур, обладающих уникальными физико-химическими и эксплуатационными характеристиками, которые способствуют резкому повышению эффективности технологий обеспечения различных отраслей народного хозяйства чистой водой. Таким образом, тематика проекта весьма актуальна. В ходе планируемой реализации проекта внимание исследователей будет акцентировано на двух направлениях: 1. Разработка и синтез новых функциональных наносорбентов, обладающих уникальными структурными и функциональными свойствами, для максимально эффективной сорбционной очистки целевых водных сред. Основой для них будут являться графеновые материалы и их модифицированные формы. Планируется получить наноуглеродные композиты нового типа, содержащие, в том числе, дешевые растительные компоненты, получаемые из вторичного сельскохозяйственного сырья и отходов. При формировании сорбционных систем будут использованы технологии гидротермальной карбонизации, методы лиофильной сушки и сверхкрититического синтеза аэрогельных нанокомпозитов «оксид графена/полианилин, /гидрохинон, /мезопористый углерод, /углеродные нанотрубки, /наночастицы d-элементов» и др. Использование каркасной структуры на основе оксида графена позволит получить материалы с аномально низкой плотностью и высокими прочностными характеристиками. Получение гибридной матричной структуры оксид графена/углеродные нанотрубки будет способствовать повышению доли макро- и транспортных пор, а также реализации процессов упругой деформации синтезируемого аэрогеля и его последующей регенерации при сорбционном извлечении высокомолекулярных структур. Дополнительная модификация подобной матричной системы редокс-активными полимерами позволит адаптировать структуру для эффективного извлечения ионов металлов из водных растворов . 2. Комплексная физико-химическая характеризация качественных и эксплуатационных свойств разработанных материалов. В рамках этого направления будет проведена оценка эффективности извлечения целевых загрязнителей (тяжелые и редкоземельные металлы, пестициды, красители, соли жесткости и т.д.), содержащихся в водных средах агропромышленного комплекса и сельскохозяйственных гидросистем региона. Особое внимание будет уделено исследованиям равновесия, кинетики и динамики адсорбции, установлению термодинамических закономерностей, изучению сорбционно-десорбционного цикла и механизмов удаления вредных примесей различной химической природы из загрязненных водных объектов сельскохозяйственного водопользования разработанными наноструктурными сорбентами, а также выполнению моделирования и аналитической обработке процессов удаления вредных поллютантов (использование моделей Фрейндлиха, Ленгмюра, Темкина, Дубинина-Радушкевича, псевдо-первого и псевдо-второго порядков, Еловича, Бойда, внутри- и внешнедиффузионные). Возможно использование оригинального для России динамического метода, реализуемого на проточной колоночной установке с восходящим потоком жидкости с последующим модельным описанием процессов извлечения поллютантов различной химической природы, присутствующих в загрязненных водных объектах сельскохозяйственного назначения, комплексными наноструктурными сорбентами с помощью известных моделей Bed depth service time (BDST), Адамса-Бохарта и Юна-Нельсона. Планируется установление фундаментальных зависимостей адсорбционных свойств разработанных гибридных графеновых материалов от соотношения и состава исходных компонентов синтеза, параметров пористой структуры, химической природы молекул адсорбатов, состава и природы компонентов жидкой фазы, температуры, давления и pH среды при синтезе материалов, температуры адсорбционной системы и т.д. В результате реализации проекта: - будут разработаны новые способы получения полифункциональных композиционных наноматериалов, обеспечивающие возможность регулирования структуры материалов и управления их свойствами путем направленного изменения условий синтеза, а также применения более доступных и экологически чистых реагентов; - будут созданы новые наноструктурированные и нанодисперсные материалы с качественно и количественно превосходящими аналоги характеристиками; - будут развиты фундаментальные представления о равновесии, кинетике и динамике массообменных процессов (жидкофазной адсорбции) на новых типах наносорбентов. Реализация исследований, предлагаемых в проекте, будет способствовать не только решению важнейших задач фундаментального и прикладного характера, но и улучшению качества жизни в регионе за счет внедрения в аграрную отрасль новых, превосходящих лучшие аналоги, сорбционных материалов для ремедиации и очистки водных сред сельскохозяйственного водопользования от органических и неорганических загрязнителей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Али И., Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Буракова И.В., Пасько Т.В., Дьячкова Т.П., Мкртчян Э.С., Бабкин А.В., Ткачев А.Г., Альбишри Х.М., Альшитари В.Х., Хамид А.М., Альхарби А. Polyaniline modiﬁed CNTs and graphene nanocomposite for removal of lead and zinc metal ions: kinetics, thermodynamics and desorption studies Molecules, 27, 5623. (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27175623

2. Мкртчян Э. С., Буракова И. В., Бураков А. Е., Ананьева О. А., Дьячкова Т. П., Ткачев А. Г. Синтез нанокомпозиционного материала на основе оксида графена, модифицированного лигносульфонатом Жидкие кристаллы и их практическое использование, Т. 22, Вып. 3, Стр. 38 - 48 (год публикации - 2022)
10.18083/LCAppl.2022.3.38

3. Меметова А.Е., Тяги И., Сухас, Сингх П., Мкртчян Э.С., Буракова И.В., Бураков А.Е., Меметов Н.Р., Герасимова А.В., Шигабаева Г.Н., Галунин Е.В., Кумар А. Porous material based on modified carbon and the effect of pore size distribution on the adsorption of methylene blue dye from an aqueous solution Environmental Science and Pollution Research, P. 1-14 (год публикации - 2022)
10.1007/s11356-022-23486-8

4. Мкртчян Э.С., Ананьева О.А., Буракова И.В., Бураков А.Е., Ткачев А.Г. Graphene nanocomposites modified with organic polymers as effective heavy metal sorbents in aqueous media Journal of Advanced Materials and Technologies, Vol. 7. No. 3, pp. 228-237 (год публикации - 2022)
10.17277/jamt.2022.03.pp.228-237

5. Дьячкова Т.П., Титов Г.А., Ткачев А.Г., Туголуков Е.Н., Бураков А.Е., Буракова И.В., Арестов А.Н. Экологические аспекты производства и применения наноматериалов Всероссийская конференция с международным участием и элементами научной школы для молодежи «Экотоксикология-2022». Сборник статей. Изд-во ТулГУ, с. 13-14 (год публикации - 2022)

6. Ананьева О.А., Мкртчян Э.С., Кузнецова Т.С., Буракова И.В., Бураков А.Е. Синтез нанокомпозиционного материала на основе оксида графена, модифицированного лигносульфонатом, для процессов жидкофазной адсорбции Современная химическая физика XXXIV Симпозиум. Сборник тезисов., 162 (год публикации - 2022)

7. Бураков А.Е., Кузнецова Т.С., Буракова И.В., Ананьева О.А., Мкртчян Э.С. Гибридный нанокомпозит «гидротермальный углерод/кремнезем» - эффективный универсальный адсорбент для очистки водных сред Современная химическая физика. XXXIV Симпозиум. Сборник тезисов, с. 178 (год публикации - 2022)

8. Буракова И.В., Бураков А.Е., Милютин В.В., Некрасова Н.А. Синтез и сорбционные характеристики по отношению к радионуклидам европия материала на основе мезопористого углерода Современная химическая физика XXXIV Симпозиум. Сборник тезисов, с. 179 (год публикации - 2022)

9. Бураков А.Е., Тяги И., Буракова И.В., Милютин В.В., Некрасова Н.А., Мележик А.В., Ткачев А.Г., Карри Р.Р., Дехгани М.Х., Сухас, Чандниха С.К. Efficient removal of europium radionuclides from natural and seawater using mesoporous carbon-based material Journal of Molecular Liquids, 365, 120092 (год публикации - 2022)
10.1016/j.molliq.2022.120092

10. Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Буракова И.В., Мкртчян Э.С. Гибридный наноструктурированный углеродный сорбент неорганических загрязнителей (на примере ионов тяжелых металлов) Современная химическая физика XXXIV Симпозиум. Сборник тезисов, с. 226 (год публикации - 2022)

11. Мкртчян Э.С., Буракова И.В., Бураков А.Е., Ананьева О.А., Кузнецова Т.С. Адсорбция свинца из водных растворов перфорированным оксидом графена Современная химическая физика XXXIV Симпозиум. Сборник тезисов, с. 241 (год публикации - 2022)

Публикации

1. Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Пасько Т.В., Буракова И.В., Дьячкова Т.П., Меметова А.Е. Физико-химические и сорбционные свойства нанокомпозитного аэрогеля на основе модифицированных углеродных нанотрубок и графена Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология, 66. 3. 66-76. (год публикации - 2023)
10.6060/ivkkt.20236603.6726

2. Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Пасько Т.В., Буракова И.В., Ананьева О.А., Меметова А.Е., Ткачев А.Г. Анализ эффективности сорбционного удаления цинка из водных растворов нанокомпозитом на основе оксида графена и углеродных нанотрубок Сорбционные и хроматографические процессы, 23, 2. 280-289. (год публикации - 2023)
10.17308/sorpchrom.2023.23/11151

3. Кузнецова Т.С., Пасько Т.В., Бураков А.Е., Буракова И.В., Мкртчян Э.С., Ананьева О.А., Ткачев А.Г. Исследование влияния pH на сорбционные свойства наноструктурированных графенсодержащих композитных материалов, модифицированных полианилином, в процессах извлечения поллютантов различной химической природы Перспективные материалы, 1, 28-36 (год публикации - 2023)
10.30791/1028-978X-2023-1-28-36

4. Бураков А.Е., Мкртчян Э.С., Буракова И.В., Ананьева О.А., Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Структура и физико-химические свойства наноструктурированного сорбционного материала на основе оксида графена, модифицированного органическими полимерами Перспективные материалы, 08, 2023 (год публикации - 2023)
10.30791/1028-978X-2023-8-27-36

5. Бураков А.Е., Кузнецова Т.С., Буракова И.В., Ананьева О.А., Мкртчян Э.С., Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Гидротермальный синтез высокоэффективного углеродного сорбента на основе возобновляемых ресурсов Жидкие кристаллы и их практическое использование, 03, 2023 (год публикации - 2023)
10.18083/LCAppl.2023.3.54

6. Мкртчян Э.С., Ананьева О.А., Буракова И.В., Меметова А.Е., Бураков А.Е., Ткачев А.Г. Removal of Lead Ions from Aqueous Media by a Cryogel Based on Graphene Oxide Modified with Lignosulfonate: A Kinetic Study Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 59, 2, 123-128 (год публикации - 2023)
10.1134/S2070205123700168

7. Кадум А.Х.К., Буракова И.В., Мкртчян Э.С., Ананьева О.А., Яркин В.О., Бураков А.Е., Ткачев А.Г. Sorption kinetics of organic dyes methylene blue and malachite green on highly porous carbon material Journal of Advanced Materials and Technologies, 8, 2, 2023 (год публикации - 2023)
10.17277/jamt.2023.02.pp.130-140

8. Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Буракова И.В., Тимиргалиев А.Н., Бадин Д.А. Влияние щелочной активации на пористую структуру гидротермального углерода, синтезированного из шрота подсолнечника Сборник тезисов XXXV Симпозиум «Современная химическая физика», 247 (год публикации - 2023)

9. Буракова И.В., Бураков А.Е., Кузнецова Т.С., Яркин В.О., Ананьева О.А. Гидротермальный синтез композита на основе растительного сырья, декорированного железом, для сорбции синтетических красителей Сборник тезисов XXXV Симпозиум «Современная химическая физика», 197 (год публикации - 2023)

10. Ананьева О.А., Мкртчян Э.С., Кузнецова Т.С., Буракова И.В., Бураков А.Е Сорбция тяжелых металлов на угле, полученном гидротермальной карбонизацией отходов маслоэкстракционного производства Сборник тезисов XXXV Симпозиум «Современная химическая физика», 179 (год публикации - 2023)

11. Ананьева О.А., Яркин В.О., Бураков А.Е., Буракова И.В., Кузнецова Т.С., Тимиргалиев А.Н., Бадин Д.А., Ткачев А.Г. Влияние комплексной модификации на сорбционную способность нанокомпозита оксид графена/лигносульфонат при удалении органических загрязнителей из водных растворов Сборник тезисов V Международная научно-практическая конференция Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение, 244-249 (год публикации - 2023)

12. Шурыкина К.А., Кадум А.Х.К., Кузнецова Т.С., Буракова И.В., Бадин Д.А., Тимиргалиев А.Н., Ананьева О.А., Бураков А.Е. Влияние оксида графена на сорбционную способность высокопористого углерода на основе региональных с/х отходов Сборник тезисов V Международная научно-практическая конференция Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение, 336-339 (год публикации - 2023)

13. Бадин Д.А., Тимиргалиев А.Н., Бураков А.Е., Буракова И.В., Кузнецова Т.С., Ананьева О.А., Яркин В.О., Ткачев А.Г. Активированные биоугли, полученные гидротермальной карбонизацией - высокоэффективные сорбенты органических соединений Сборник тезисов V Международная научно-практическая конференция Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение, 250-254 (год публикации - 2023)

14. Милютин В.В., Некрасова Н.А., Бураков А.Е., Буракова И.В., Мележик А.В. Использование углеродного мезопористого нанокомпозита для сорбции радионуклидов из водных растворов Сборник тезисов V Международная научно-практическая конференция Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение, 463-466 (год публикации - 2023)

15. Буракова И.В., Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Ананьева О.А., Бадин Д.А., Тимиргалиев А.Н., Яркин В.О., Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Высокопористые угли из возобновляемых источников сырья, полученные с использованием ГТК синтеза, для адсорбции различных токсичных загрязнений из водных сред Всероссийская конференция с международным участием и элементами научной школы для молодежи "Экотоксикология-2023", 24-27 (год публикации - 2023)

16. Дьячкова Т.П., Буракова И.В., Бураков А.Е., Ананьева О.А., Титов Г.А., Пасько А.А., Вольф А.Е., Туголуков Е.Н., Ткачев А.Г. Исследование процессов сорбции экотоксикантов на углеродных наноматериалах Всероссийская конференция с международным участием и элементами научной школы для молодежи "Экотоксикология-2023", 28-29 (год публикации - 2023)

17. Шубин И.Н., Мкртчян Э.С., Ананьева О.А. Promising sorbents based on compacted highly porous carbon materials Journal of Advanced Materials and Technologies, 8(4), 270-278 (год публикации - 2023)
10.17277/jamt.2023.04.pp.270-278

18. Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Буракова И.В., Пасько Т.В., Дьячкова Т.П., Мкртчян Э.С., Меметова А.Е., Ананьева О.А., Шигабаева Г.Н., Галунин Е.В. Preparation of a Polyaniline-Modified Hybrid Graphene Aerogel-Like Nanocomposite for Efficient Adsorption of Heavy Metal Ions from Aquatic Media Polymers, 15, 1101 (год публикации - 2023)
10.3390/polym15051101

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За отчетный период определены и реализованы улучшенные методики синтеза ряда материалов на основе растительного сырья (на примере шрота подсолнечника и рапса) с использованием метода гидротермальной карбонизации. Найдены рациональные параметры технологии получения углеродной матрицы для дальнейшего создания гибридных наноструктурированных композитов (соотношение твёрдой и жидкой фазы карбонизации; температура и продолжительность гидротермальной карбонизации; температура конвективной сушки; температурные диапазоны и продолжительность карбонизации в инертной среде; массовые соотношения при щелочной активации). Синтезированы активированные биоугли на основе кукурузного крахмала (декстрина) с добавлением наноматериалов (углеродных нанотрубок или оксида графена) в качестве структурообразователя для дальнейшего получения наномодифицированных крио- и аэрогельных форм эффективных сорбционных материалов. Определены рабочие параметры технологии получения: термообработка смеси исходных компонентов при 200 °C; карбонизация в инертной среде при 400 °C; щелочная активация при 400 и 750°С в соотношении ГТК:КОН – 1:3. Проведена оценка влияния вида исходного источника углеродной основы и его пористой структуры на свойства и морфологию синтезируемых материалов системы «растительное сырье + ОГ». Отработаны методики синтеза, а также найдены оптимальные соотношения модификатора в системе «растительное сырье + оксид металла». Получен ряд материалов на основе шрота подсолнечника, структура которого модифицирована частицами оксида железа, при их различном соотношении. Для каждого состава проведена оценка влияния параметров обработки на свойства конечного материала: 1) гидротермальная карбонизация; 2) гидротермальная карбонизация и высокотемпературная карбонизация; 3) гидротермальная карбонизация, высокотемпературная карбонизация, щелочная активация. Также установлены закономерности формирования углеродсодержащих крио- либо аэрогелей в процессах лиофилизации, либо сверхкритической обработки. Определены эффективных параметры формирования управляемой пористой структуры образцов при использовании методов дополнительной карбонизации и щелочной активации. Проведена оценка влияния параметров синтеза (модифицирующий агент и его концентрация) и метода постобработки (лиофильная сушка или сушка в сверхкритических условиях) на свойства синтезируемых крио- и аэрогельных материалов на основе разработанной ранее углеродной матрицы (из шрота подсолнечника, рапса и декстрина), дополнительно модифицированных оксидом графеном и/или частицами оксида железа. Реализованы следующие исследования: - оптимизирована методика получения композиционных сорбционных материалов, состоящих из углеродной матрицы, полученной методом гидротермальной карбонизации растительного сырья, в структуру которых дополнительно введены частицы железа (при различном соотношении гидротермальный углерод/железо); - синтезирован криогель на основе восстановленного оксида графена, модифицированного оксидом железа; - в сверхкритических условиях синтезирован аэрогелеподобный материал на основе шрота подсолнечника в автоклаве высокого давления при 240 ºС и 47.6 атм. в среде сверхкритического изопропанола. Полученные образцы дополнительно карбонизировали и активировали при различных температурных режимах и соотношениях реагентов. Проведено комплексное диагностическое исследование полученных образцов с помощью методов сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, термогравиметрии, рентгенфлюоресцентной спектроскопии и т.д. Установлено, что в процессе гидротермальной карбонизации, высокотемпературной карбонизации в инертной среде, щелочной активации растительного сырья происходит: 1) в случае получения активированных биоуглей – формирование графено- и фуллереноподобных структур, составляющих основу синтезируемых биоуглей; 2) при получении модифицированных оксидом железа образцов – частное восстановление атомов железа (Fe+3 → Fe+2 → Fe0). Величина удельной поверхности по методу БЭТ для активированных материалов с оксидом железа составила порядка 3019-3293 м2/г, по методу DFT – 2700 м2/г (NLDFT модель, учитывающая щелевидные/цилиндрические поры), объем пор по DFT – 1,5-1,8 см3/г. Удельная поверхность для аэрогелей на основе активированного шрота подсолнечника, модифицированного восстановленным оксидом графена и железа, по методу БЭТ составила 1849 м2/г, по методу DFT – 1611 м2/г (NLDFT модель, учитывающая щелевидные/цилиндрические поры), объем пор по DFT – 1,06 см3/г. Удельная поверхность для аэрогелей на основе мезопористого материала из декстрина, модифицированного восстановленным оксидом графена и железа, по методу БЭТ составила 1229 м2/г, по методу DFT – 1075 м2/г (NLDFT модель, учитывающая щелевидные/цилиндрические поры), объем пор по DFT – 1,13 см3/г. Для нанокомпозита с активированным углем из шрота рапса и оксидом графена характерна удельная поверхность по методу БЭТ – 2764 м2/г, по методу DFT – 2223 м2/г (NLDFT модель, учитывающая щелевидные/цилиндрические поры), объем пор по DFT – 1,5 см3/г. Определены сорбционные параметры всех синтезированных композиционных углеродных материалов, в том числе, на реальных образцах сточных вод, содержащих фенолы и тяжелые металлы. Установлены взаимосвязи между физико-химическими характеристиками (в частности, размер частиц, величина удельной поверхности, распределение и объём пор, элементный состав, морфология) полученных материалов и их сорбционной активностью. В качестве модельных применялись следующие поллютанты: неорганические (тяжелые металлы), органические (синтетические красители – катионные метиленовый синий (МС) и малахитовый зеленый (МЗ) и анионные метаниловый желтый (МЖ) и конго красный (КК)). Также оценивалась сорбционная емкость по фенолам в условиях конкурентной сорбции (аммиак, хлориды, тяжелые металлы и т.д.) на реальных сточных водах производства АО «Газпромнефть-ОНПЗ», г. Омск, содержащих фенол в концентрациях до 1000 мг/дм3, рН=7-8 (отпаренная от сероводорода и аммиака вода из процессов замедленного коксования и гидропроцессов, основным загрязняющим компонентом являются фенолы): для материала после ГТК из шрота рапса: 298 мг/г (за 60 мин), для материала после ГТК и карбонизации из шрота рапса: 1309 мг/г (за 60 мин), для материала после ГТК, карбонизации и активации из шрота рапса: 1236 мг/г (за 10 мин). В рамках реализации заявленных работ по отчетному этапу коллективом авторов опубликовано 18 печатных работ, из них: 1 статья WoS/Scopus (Q1); 7 статей WoS/Scopus/RSCI; 1 статья Chemical Abstracts/ВАК/РИНЦ; 10 тезисов в симпозиумах и конференциях различного уровня. Таким образом, запланированные индикаторы перевыполнены.

Публикации

1. Кузнецова Т.С., Тимиргалиев А.Н., Бураков А.Е., Буракова И.В., Ананьева О.А., Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Исследование физико-химических и сорбционных свойств графен-содержащего криогеля на основе активированного рапсового биоугля, полученного гидротермальным синтезом Жидкие кристаллы и их практическое использование, Т. 24, № 3. С. 34–41 (год публикации - 2024)
10.18083/LCAppl.2024.3.34

2. Бураков А.Е., Кузнецова Т.С., Буракова И.В., Бадин Д.А., Тимиргалиев А.Н., Яркин В.О., Дьячкова Т.П. Получение и свойства криогеля на основе высокопористого углерода и оксида графена для комплексной сорбционной очистки воды Сборник материалов XII Международного водно-химического форума, С. 204-208 (год публикации - 2024)

3. Бадин Д.А., Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Буракова И.В., Ананьева О.А., Яркин В.О., Дьячкова Т.П. Жидкофазное удаление тяжелых металлов активированными гидроуглями на основе растительного с/х сырья, модифицированными наночастицами железа Сборник материалов XII Международного водно-химического форума, С. 209-213 (год публикации - 2024)

4. Кузнецова Т.С., Дьячкова Т.П., Буракова И.В., Рыбакова С.О., Тимиргалиев А.Н. Физико-химические свойства комплексных лиофилизированных углеродных материалов, модифицированных оксидом графена Сборник тезисов XXXVI Симпозиума Современная химическая физика, С. 204 (год публикации - 2024)

5. Тимиргалиев А.Н., Бураков А.Е., Бадин Д.А., Буракова И.В., Яркин В.О. «Зеленый» синтез биоуглей из возобновляемого растительного сырья для комплексной очистки загрязнённых гидросистем Сборник тезисов XXXVI Симпозиума Современная химическая физика, С. 238 (год публикации - 2024)

6. Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Ананьева О.А., Буракова И.В., Меметова А.Е., Яркин В.О., Ткачев А.Г. Kinetics of lead sorption from aqueous solutions on nanostructured cryogel modified with organic polymers Colloid Journal, Т. 86. № 3. С. 408-417. (год публикации - 2024)
10.1134/S1061933X24600131

7. Али И., Бураков А.Э., Буракова И.В., Кузнецова Т.С., Ананьева О.А., Бадин Д.А., Тимиргалиев А.Н., Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г., Агустионо Курниаван Т., Хабила М.А., Иманова Г. Facile and economic preparation of graphene hydrothermal nanocomposite from sunflower waste: Kinetics, isotherms and thermodynamics for Cd(II) and Pb(II) removal from water Journal of Molecular Liquids, 407, 125179 (год публикации - 2024)
10.1016/j.molliq.2024.125179

8. Бадин Д.А., Бураков А.Е., Кузнецова Т.С., Буракова И.В., Ананьева О.А., Дьячкова Т.П., Яркин В.О. Гидроуголь на основе шрота подсолнечника, модифицированного оксидом железа, для удаления ионов свинца из водных растворов: кинетика сорбции Перспективные материалы, № 10, с. 25-36 (год публикации - 2024)
10.30791/1028-978X-2024-10-25-36

9. Тимиргалиев А.Н., Буракова И.В., Рыбакова С.О., Ананьева О.А., Яркин В.О., Кузнецова Т.С., Кадум А.Х.К., Бураков А.Е. Removal of organic dyes from aqueous solutions using a graphene-containing sorbent based on activated rapeseed biochar: kinetics and isotherms Journal of Advanced Materials and Technologies, Т. 9, № 3. С. 177-187 (год публикации - 2024)
10.17277/jamt.2024.03.pp.177-187

10. Шурыкина К.А., Буракова И.В., Бадин Д.А., Кузнецова Т.С., Ананьева О.А., Бураков А.Е. Оценка влияния постобработки на сорбционную способность высокопористого углерода на основе региональных с/х отходов Наука и Образование, Т. 2, № 7, 94 (год публикации - 2024)

11. Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Буракова И.В., Дьячкова Т.П., Ананьева О.А., Ткачев А.Г. Синтез аэрогельных и криогельных форм нанокомпозиционных сорбентов на основе углеродных нанотрубок и оксида графена Сборник тезисов докладов XXII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, С. 179 (год публикации - 2024)

12. Яркин В.О., Тимиргалиев А.Н., Бураков А.Е., Буракова И.В., Кузнецова Т.С., Ананьева О.А., Кадум А.Х., Рыбакова С.О. Нанокомпозиты «биоуголь/оксид графена» как эффективный сорбент тяжелых металлов из водных сред Сборник материалов XII Международного водно-химического форума, С. 201-203 (год публикации - 2024)

13. Буракова И.В., Бураков А.Е., Кузнецова Т.С., Бадин Д.А., Ананьева А.О., Тимиргалиев А.Н., Ткачев А.Г Разработка адсорбентов на основе возобновляемого растительного сырья тамбовской области для очистки сточных вод Сборник материалов XII Международного водно-химического форума, С. 58-60 (год публикации - 2024)

14. Тимиргалиев А.Н., Бураковa И.В., Рыбакова С.О., Ананьева О.А., Бадин Д.А., Яркин В.О., Кузнецова Т.С., Бураков А.Е. Получение нанокомпозиционных сорбентов гидротермальной карбонизацией сельскохозяйственных отходов переработки рапса, модифицированных углеродными наноматериалами Сборник научных статей IV Международной научно-практической конференции Цифровизация агропромышленного комплекса, С. 269-273 (год публикации - 2024)

15. Шубин И.Н., Ананьева О.А. A study of adsorption characteristics of activated carbon material for typical organic and inorganic pollutants Journal of Advanced Materials and Technologies, Т. 9, № 2. С. 122-131 (год публикации - 2024)
10.17277/jamt.2024.02.pp.122-131

16. Бадин Д.А., Кузнецова Т.С., Бураков А.Е., Буракова И.В., Дьячкова Т.П., Шурыкина К.А. Нанокластеры оксида железа как функциональный модификатор сорбентов на основе биоуглей, полученных гидротермальным синтезом растительного сырья Сборник тезисов докладов Всероссийской научно-практической конференции "Жидкие кристаллы и "умные" наноматериалы", С. 65 (год публикации - 2024)

17. Ананьева О.А., Кузнецова Т.С., Бадин Д.А., Бураков А.Е., Рыбакова С.О., Яркин В.О. Исследование процесса жидкофазной сорбции синтетических красителей на композите «биоуголь/графен» Сборник тезисов XXXVI Симпозиума Современная химическая физика, С. 154 (год публикации - 2024)

18. Бадин Д.А., Рыбакова С.О., Тимиргалиев А.Н., Ананьева О.А., Буракова И.В., Бураков А.Е., Ткачев А.Г. Сорбция фенола высокопористыми углеродными материалами на основе растительных отходов переработки рапса Перспективные материалы (год публикации - 2025)

Возможность практического использования результатов
Впервые в регионе получен научно-технологический задел мирового масштаба в области получения и поведения высокоэффективных сорбционных материалов на основе углеродных систем, качественно и количественно превосходящих по параметрам аналоги и продукцию научных конкурентов. Разработаны новые способы получения полифункциональных композиционных наноматериалов, обеспечивающие возможность регулирования структуры материалов и управления их свойствами путем направленного изменения условий синтеза, а также применения более доступных и экологически чистых реагентов; созданы новые наноструктурированные и нанодисперсные углеродные материалы с качественно и количественно превосходящими аналоги характеристиками, что в совокупности способно обеспечить народное хозяйство РФ новым классом многофункциональных углеродных продуктов - сорбционных материалов, носителей катализаторов, матриц для защитно-стимулирующих комплексов растений и мн.др. Внедрение в агропромышленный комплекс региона и РФ синтезированных в рамках проекта высокоэффективных углеродных адсорбентов, помимо решения задачи улучшения качества водных ресурсов даст мощное ускорение развитию энергетики, высокой химии, нефтепереработки, промышленной экологии, развитию бизнеса в России и конкурентные преимущества за рубежом. Данный международный проект в долгосрочной перспективе способен обеспечить следующие социально-значимые результаты: 1. Создание альтернативного, экономичного, экологически безопасного способа очистки загрязненных вод. 2. Конкурентные преимущества в секторе очистки сточных вод, снижение стоимости качественной воды для бытового, сельскохозяйственного и промышленного применения. 3. Получение чистой и свежей воды для всех отраслей АПК региона и РФ. 4. Снижение уровня заболеваний, связанных с использованием некачественной воды, повышению качества и увеличение продолжительности жизни. 5. Обеспечение рецикла многократно очищенной воды для сельскохозяйственных и промышленных целей.