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 25-23-20161
НазваниеНаучно-технологические аспекты производства фильтрующих материалов с функциональным нанопокрытием, полученным методом атомно-слоевого осаждения, для фотокаталитической очистки воды и воздуха
Руководитель Максумова Абай Маликовна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный университет" , Республика Дагестан
Конкурс №100 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-202 - Химия твердого тела, механохимия
Ключевые слова атомно-слоевое осаждение, молекулярное наслаивание, наноматериалы, оксид молибдена, легированный ванадием диоксид титана, легированный молибденом диоксид титана, легированный вольфрамом диоксид титана, тонкие пленки, фильтр с антибактериальным нанопокрытием, очистка воды и воздуха
Код ГРНТИ31.15.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Ожидаемые результаты
Ожидаемыми результатами проекта являются:
- Разработанная технология получения новых нанопленок с улучшенными антибактериальными свойствами на основе смешанных оксидов титана и вольфрама, титана и хрома методом атомно-слоевого осаждения с использованием новой комбинации реагентов;
- Разработанная оптимизированная технология нанесения методом атомно-слоевого осаждения нанопленок оксида молибдена, оксида титана, титан-ванадиевых, титан-молибденовых, титан-вольфрамовых и титан-хромовых оксидных пленок на картриджи фильтров (стеклянные шарики; керамические и полимерные мембраны и др.) для очистки воды с демонстрацией антибактериальной эффективности полученных фильтрующих материалов в процессах фотокаталитической очистки воды;
- Разработанная оптимизированная технология нанесения методом атомно-слоевого осаждения нанопленок оксида молибдена, оксида титана, титан-ванадиевых, титан-молибденовых, титан-вольфрамовых и титан-хромовых оксидных пленок на фильтрующие материалы (полимерные; тканевые; бумажные и др.) для очистки воздуха с демонстрацией антибактериальных свойств полученных материалов.
- Закономерности антибактериальной активности АСО нанопленок, возникающие при изменении состава нанопокрытия и его толщины по отношению к различным штаммам болезнетворных микроорганизмов; рекомендации для использования на практике полученных новых фильтрующих материалов в процессах очистки воды и воздуха.
В результате исследований будут получены научные знания по эффективности полученных с использованием технологии атомно-слоевого осаждения (АСО) фильтрующих материалов для фотокаталитической очистки и дезинфекции воды и воздуха. Более того будет создана научная база для развития новой области тонкопленочного фотокатализа. После оценки результатов исследований будет рассмотрена возможность создания лабораторного экспериментального пилотного каталитического реактора для очистки воды по типу SODIS реактора с имплементаций разработанных нами функциональных материалов.
По основным новым научно-техническим результатам будет опубликовано минимум 4 публикаций в журналах, индексируемых в БД Web of Science и Sсopus, при этом планируется 3 статьи в журналах с рейтингами Q1-Q2.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году в проекте стояла задача – разработка оптимизированной технологии атомно-слоевого осаждения нанопленок на основе оксидов титана, ванадия и молибдена на поверхность фильтрующих материалов для фотокаталитической очистки воды и воздуха.
Таким образом, в результате проведенных исследований в проекте впервые показано использование нанотехнологии атомно-слоевого осаждения (АСО) для получения покрытий на основе диоксида титана, легированного ванадием (TixVyOz), на поверхности стеклянных и керамических фильтрующих материалов для фотокаталитической очистки воды от загрязнителей. Нанопокрытия были успешно получены на поверхности шариков из натриево-кальциево-силикатного стекла диаметром 4 мм, которые используются в качестве картриджей в системах очистки воды, а также керамических мембран для очистки воды в аквариумах с использованием в качестве прекурсоров тетрахлорида титана (TiCl₄), окситрихлорида ванадия (VOCl₃) и воды (H₂O). Пленки осаждались посредством самоограничивающихся поверхностных реакций между хлоридами и водой при температуре реакционной камеры 180 °С, обеспечивая равномерное нанопокрытие на поверхности полученных материалов. На поверхности фильтров были получены нанопокрытия в диапазоне толщин 10-30 нм. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) показала состав пленки Ti₂₃.₈₉V₈.₃₂O₆₇.₇₉, что указывает на более высокое содержание титана по отношению к ванадию, с преобладающими степенями окисления Ti⁴⁺ и V⁵⁺. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) подтвердила образование однородного нанопокрытия по всей поверхности стеклянных шариков и керамических мембран, что дополнительно подтверждается энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (ЭДРС), показавшей наличие атомов титана и ванадия в составе нанопокрытия. Стеклянные шарики и керамические мембраны с АСО нанопокрытием продемонстрировали высокую фотокаталитическую активность, эффективно разлагая органические загрязнители и значительно снижая химическое потребление кислорода (ХПК) в исследуемых пробах воды. Кроме того, полученные фильтрующие материалы продемонстрировали высокую антибактериальную эффективность, успешно уничтожая патогенные штаммы E. Coli и S. Aureus, внесенные в пробы воды в процессе экспериментов. Важно отметить, что анализ проб воды методом капиллярного электрофореза не выявил заметных изменений в ионном составе воды после 3 часов контакта с полученными фильтрующими материалами с АСО нанопокрытием, подтверждая их химическую стабильность и безопасность. Эти результаты подчеркивают высокий потенциал использования разработанной в рамках проекта технологии для применения в современных многоразовых системах очистки питьевой и сточных вод.
Также в рамках проекта впервые продемонстрировано АСО нанопленок диоксида титана, легированного молибденом (TiₓMoᵧO𝓏), с использованием новой комбинации реагентов - тетрахлорида титана (TiCl₄), диоксидихлорида молибдена (VI) (MoO₂Cl₂) и воды (H₂O). Пленки выращивали посредством самоограничивающихся поверхностных реакций между прекурсорами металлов и водой. In situ анализ (в режиме реального времени) методом кварцевого пьезоэлектрического микровзвешивания (КПМ) показал линейный и воспроизводимый рост пленок в диапазоне температур 150–180 °C, сопровождающийся потерей массы, обусловленной реакциями травления оксида молибдена. Постоянная роста пленки составила 0,9 Å/суперцикл. Полученные пленки были аморфными с плотностью 3,8 г/см³ и среднеквадратичной шероховатостью 7–8 Å. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) подтвердила низкое содержание молибдена, состав пленки соответствовал формуле Ti34.35Mo0.11O65.55. Присутствие степени окисления Mo⁶⁺ указывает на отсутствие разложения MoO₂Cl₂ в процессе осаждения. Нанопленки TiO₂, легированного молибденом, продемонстрировали высокую фотокаталитическую активность при разложении красителя индигокармина и значительно снизили химическое потребление кислорода (ХПК) питьевой воды. Эти результаты демонстрируют высокий потенциал пленок для использования в фильтрационных системах очистки питьевой и сточной воды от органических загрязнителей.
В проекте впервые предложено использование нанопленок, полученных с использованием технологии АСО, для нанесения на ИВЛ фильтры и сменные фильтрующие элементы для вентиляционных систем. На поверхности этих фильтрующих материалов успешно были получены нанопленки на основе оксида титана, а также его смесей с оксидом ванадия в диапазоне толщин 10-30 нм при температуре реакционной камеры 80 °С с использованием тетрахлорида титана (TiCl₄), окситрихлорида ванадия (VOCl₃) и воды (H₂O) в качестве прекурсоров. РФЭС анализ показал состав пленки Ti₂₃.₈₉V₈.₃₂O₆₇.₇₉ и содержание в составе пленок Ti⁴⁺ и V⁵⁺. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) подтвердила образование однородного нанопокрытия по всей поверхности фильтров, что дополнительно подтверждается энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (ЭДРС), полученные фильтрующие материалы продемонстрировали 100%-ную антибактериальную эффективность, успешно уничтожая патогенные штаммы E. Coli в процессе исследований.
По результатам работ данного этапа подготовлены 2 рукописи статей. Рукопись статьи с названием «Antibacterial Glass Bead Filters via Atomic Layer Deposition of Vanadium-Doped TiO₂ for Enhanced Water Purification» была направлена в журнал Journal of Industrial and Engineering Chemistry (Q1, импакт-фактор 5.9), получила положительные отзывы рецензентов, прошла все этапы до опубликования и на момент подготовки отчетных материалов находится на рассмотрении редактора журнала. Рукопись статьи с названием «Atomic Layer Deposition of Molybdenum-Doped Titanium Dioxide Nanofilms for Industrial Applications in Water Purification Processes» направлена в журнал «Journal of Vacuum Science & Technology A» (Q2, импакт-фактор 2.1) и находится на рецензировании. Результаты первого этапа проекта были представлены на 6 научных конференциях международного и всероссийского уровней, а также на выставке РНФ на Конгрессе Молодых Ученых в 2025 году. Также подготовлена и зарегистрирована в ФИПС заявка патента на изобретение «Способ уменьшения биологического загрязнения фильтрующей загрузки картриджей фильтров для питьевой воды с использованием нанотехнологии атомно-слоевого осаждения».
Публикации
1. Гафурова М.Н., Максумова А.М., Пашаева А.М., Абдулагатов А.И., Абдулагатов И.М. Антибактериальные фильтры на основе стеклянных шариков с нанопокрытием из оксида титана, легированного ванадием, полученные методом атомно-слоевого осаждения Труды Юбилейной XXV Ежегодной молодежной конференции c международным участием ИБХФ РАН-ВУЗы “БИОХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА”, г. Москва, 2025 г. , Труды Юбилейной XXV Ежегодной молодежной конференции c международным участием ИБХФ РАН-ВУЗы “БИОХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА”, г. Москва, 2025 г. (год публикации - 2025)
2. Максумова А.М., Гафурова М.Н., Абдулагатов А.И., Абдулагатов И.М Разработка фильтра для очистки воды на основе стеклянных шариков с антибактериальным нанопокрытием из диоксида титана, легированного ванадием, полученного с использованием нанотехнологии атомно-слоевого осаждения Материалы Молодежной научной конференции "Функциональные материалы: создание, изучение, применение", г. Москва, 2025 г. Изд-во: МГУ им. Ломоносова, Материалы Молодежной научной конференции "Функциональные материалы: создание, изучение, применение", г. Москва, 2025 г. Изд-во: МГУ им. Ломоносова (год публикации - 2025)
3. Максумова А.М. Разработка фильтра с антибактериальным нанопокрытием на основе диоксида титана, легированного ванадием, полученным с использованием технологии атомно-слоевого осаждения, для улучшенной очистки воды от органических загрязнителей ХXII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физикохимия и технология неорганических материалов». Москва. 11 ноября – 14 ноября 2025 г. / Сборник трудов. Изд-во: ИМЕТ РАН., ХXII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физикохимия и технология неорганических материалов». Москва. 11 ноября – 14 ноября 2025 г. / Сборник трудов. Изд-во: ИМЕТ РАН. (год публикации - 2025)
4. Максумова А.М., Абдулагатов И.М., Гафурова М.Н., Гаджимурадов С.Г., Рагимов Р.М., Абдуллаева Н.М., Абдулагатов А.И., Рабаданов М.Х. Способ уменьшения биологического загрязнения фильтрующей загрузки картриджей фильтров для питьевой воды с использованием нанотехнологии атомно-слоевого осаждения Патент на изобретение, Заявка № 2025125206/04(059376). Дата поступления документов заявки 12.09.2025. Дата подачи заявки 12.09.2025. Заявитель(и) Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный университет". (год публикации - 2026)
5. Максумова А.М., Гафурова М.Н., Абдулагатов А.И., Абдулагатов И.М., Хамидов М.А. Повышение качества очистки питьевой воды от биологического загрязнения с использованием фильтра с антибактериальным нанопокрытием, полученным методом атомно-слоевого осаждения Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «V Байкальский материаловедческий форум»: электронное издание. – Улан-Удэ: Изд-во ИМБТ СО РАН, 2025. – 542 с. , Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «V Байкальский материаловедческий форум», 4–10 июля 2025 г., Улан-Удэ – оз. Байкал (с. Горячинск): электронное издание. – Улан-Удэ: Изд-во ИМБТ СО РАН, 2025. – 542 с. ISBN 978-5-7925-0672-5; DOI 10.30792/978-5-7925-0672-5-2025-4-533. (год публикации - 2025)
6. Максумова А.М., Гафурова М.Н., Пашаева А.М., Абдулагатов И.М., Рабаданов М.Х., Абдулагатов А.И. Разработка технологии получения новых стекломатериалов с антибактериальным нанопокрытием для использования в системах очистки воды от микробиологических загрязнений Сборник тезисов Четвертой Российской конференции с международным участием "Стекло: наука и практика "GlasSP2025", - СПб: ООО Издательство "ЛЕМА", 2025. - с. 225 , Сборник тезисов Четвертой Российской конференции с международным участием "Стекло: наука и практика "GlasSP2025", - СПб: ООО Издательство "ЛЕМА", 2025. - с. 225 (год публикации - 2025)
7.
Максумова А.М., Абдулагатов И.М., Гаджимурадов С.Г., Гафурова М.Н.
Atomic layer deposition of novel nanomaterials based on metal-doped titanium dioxide to combat antibiotic-resistant bacteria
XII Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов, молекулярных биологов и специалистов фундаментальной медицины — 2025 : сб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово». — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2025. — 776 с., XII Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов, молекулярных биологов и специалистов фундаментальной медицины — 2025 : сб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово». — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2025. — 776 с. (год публикации - 2025)
10.25205/978-5-4437-1843-9-293