Влияние низкотемпературной ионно-плазменной предподготовки волокнистых систем при создании нового поколения композиционных гетерогенных мозаичных мембран с встроенными “core-shell” наночастицами

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 23-29-00346

НазваниеВлияние низкотемпературной ионно-плазменной предподготовки волокнистых систем при создании нового поколения композиционных гетерогенных мозаичных мембран с встроенными “core-shell” наночастицами

Руководитель Кардаш Марина Михайловна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." , Саратовская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-206 - Нано- и мембранные технологии

Ключевые слова ионно-плазменной обработка, волокнистая система, полимерный композит, армированная ионообменная мембрана, core-shell, наночастица, обессоливание, пористая структура, селективность, электропроводность, сорбция

Код ГРНТИ61.13.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Создание нового поколения гетерогенных мембран мозаичной структуры продолжает оставаться актуальной задачей мембранной науки. Предлагаемый проект, направлен на создание композиционных гетерогенных мембран мозаичной структуры путем одновременного формирования анионо-катионитовой матрицы на волокнистых системах различной природы с встроенными “core-shell” наночастицами оксидов металлов и полупроводников. Запланированы экспериментальные и теоретические исследования, позволяющие установить влияние ионно-плазменной предподготовки волокнистых систем и методов получения наночастиц на технологические аспекты их встраивания, как в структуру волокнистых систем, так и в структуру мембраны при формировании ионитовых матриц, что значительно расширит представления о подходах к созданию гетерогенных мембран мозаичной структуры с оптимально высокими величинами анионообменной и катионообменной емкостей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Терин Д.В., Кардаш М.М., Тураев Т.А., Айнетдинов Д.В. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННАЯ ПРЕДПОДГОТОВКА ВОЛОКНИСТЫХ СИСТЕМ ПРИ СОЗДАНИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ МЕМБРАН Мембраны и мембранные технологии, Том 13, №4, с. 291-300 (год публикации - 2023)
10.31857/S2218117223040065

2. Терин Д.В., Кардаш М.М., Айнетдинов Д.В., Тураев Т.А., Синев И.В. Anion-Exchange Membrane “Polikon A” Based on Polyester Fiber Fabric (Functionalized by Low-Temperature High-Frequency Plasma) with Oxidized Metal Nanoparticles Membranes, 13, 742 (год публикации - 2023)
10.3390/membranes13080742

3. Саночкина Е., Фалина И., Кардаш М. STUDY OF THE CONDUCTIVITY OF POLYCON FIBROUS ION-EXCHANGE MEMBRANES Ion Transport in Organic and Inorganic Membranes. I.T.I.M. 2023 International Conference Conference Proceedings. Sochi, 2023, c. 266 (год публикации - 2023)

4. Терин Д., Кардаш М., Тураев Т., Айнетдинов Д., Синев И. HETEROGENEOUS MEMBRANES POLYKON-K FABRICATED ON A FIBROUS SYSTEM TREATED WITH LOW-TEMPERATURE HF PLASMA Ion Transport in Organic and Inorganic Membranes. I.T.I.M. 2023 International Conference. Conference Proceedings. Sochi, 2023, с.287-289 (год публикации - 2023)

5. Тураев Т.А., Кардаш М.М., Терин Д.В., Айнетдинов Д.В. ВЛИЯНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВЧ АРГОНОВОЙ ПЛАЗМЫ НА СВОЙСТВА ГЕТЕРОГЕННЫХ МЕМБРАН ПОЛИКОН Актуальные проблемы теории и практики электрохимических процессов : сборник материалов V Международной научной конференции молодых ученых. 25–28 апреля 2023 г. – Энгельс: Из-во ЭТИ (филиал) СГТУ имени Гагарина Ю.А., 2023., с.233-238 (год публикации - 2023)

6. Тураев Т.А., Терин Д.В., Кардаш М.М. Влияние обработки волокнистой системы низкотемпературной плазмой на структуру мембран «ПОЛИКОН К» Электрохимия–2023, Сборник тезисов докладов. М.: ИФХЭ РАН, 2023. 492 c. (год публикации - 2023)

7. Терин Денис, Кардаш Марина, Тураев Тимур, Тюрин Иван, Синев Илья LOW-TEMPERATURE ION-PLASMA PRE-TREATMENT OF FIBER SYSTEMS AND ITS EFFECT ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF MOSAIC COMPOSITE HETEROGENEOUS MEMBRANES POLYKON Conference Proceedings INTERNATIONAL CONFERENCE "Ion transport in organic and inorganic membranes-2024 (I.T.I.M.)", May 27 –June 1 2024, Кубанский государственный университет, Краснодар, 2024, С.303-305 (год публикации - 2024)

8. Тихонова Екатерина, Кононенко Наталья, Шкирская Светлана, Стрилец Илья, Кардаш Марина POROUS STRUCTURE OF ANION EXCHANGE FIBROUS POLYKON MEMBRANES ON LAVSANE TEXTILE BASE Conference Proceedings INTERNATIONAL CONFERENCE "Ion transport in organic and inorganic membranes-2024 (I.T.I.M.)", May 27 –June 1 2024, Кубанский государственный университет, Краснодар, 2024, С.306-307 (год публикации - 2024)

9. Терин Д.В., Тураев Т.А., Кардаш М.М. ВЛИЯНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ПРЕДПОДГОТОВКИ ВОЛОКНИСТЫХ СИСТЕМ ПРИ СОЗДАНИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ МЕМБРАН МОЗАИЧНОЙ СТРУКТУРЫ СО ВСТРОЕННЫМИ “CORE-SHELL” НАНОЧАСТИЦАМИ ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОРЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ, ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ И СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ [ТЕКСТ]: сборник научных трудов международного научно-технического симпозиума, посвящённого 120-летию со дня рождения П. Г. Романкова (ISTS «EESTE-2024»): Т. 1 /М: ФГБОУ ВО «РГУ им. А. Н. Косыгина», 2024. – 344 с., Т. 1 , С. 339-343 (год публикации - 2024)

10. Кардаш М.М. , Тураев Т.А., Тюрин И.А., Терин Д.В. Ионно-плазменная предподготовка новолачных фенол-формальдегидных и полиэфирных волокнистых систем Химические волокна, №4, С.21-24 (год публикации - 2024)

11. Тураев Тимур, Кардаш Марина, Терин Денис STRUCTURE AND PROPERTIES OF THE MODIFIED “POLYKON” MOSAIC MEMBRANES Conference Proceedings INTERNATIONAL CONFERENCE "Ion transport in organic and inorganic membranes-2024 (I.T.I.M.)", May 27 –June 1 2024, Кубанский государственный университет, Краснодар, 2024, С.313-315 (год публикации - 2024)

12. Терин Д.В. , Кардаш М.М., Тураев Т.А., Морозова А.Ю., Синев И.В. Перспективы плазменной активации волокон при разработке композиционных гетерогенных мозаичных мембран Промышленные процессы и технологии, № 2(12), Т. 4, C. 41-59 (год публикации - 2024)
10.37816/2713-0789-2024-4-2(12)-41-59

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Второй год выполнения проекта №23-29-00346 «Влияние низкотемпературной ионно-плазменной предподготовки волокнистых систем при создании нового поколения композиционных гетерогенных мозаичных мембран с встроенными “core-shell” наночастицами» позволил существенно расширить и получить ранее неизвестные закономерности при создании нового поколения композиционных гетерогенных мозаичных мембран. В рамках второго года выполнения проекта проведено исследование по определению влияния ионно-плазменной обработки и технологических особенностей получения и эксплуатационные свойства композиционных гетерогенных мембран мозаичной структуры с встроенными “core-shell” наночастицами оксидов металлов и полупроводников. Проект позволил значительно расширить представления о закономерностях проведения процессов синтеза и структурообразования смешанной полимерной матрицы в едином технологическом цикле на поверхности и структуре волокнистых систем. Разработаны новые композиционные гетерогенные мозаичные мембраны со встроенными “core-shell” наночастицами металлов и полупроводников. Особенностью нашего подхода к решению задачи получения новых модификаций гетерогенных мозаичных мембран стало: - предподготовка волокнистых основ в низкотемпературных ионно-плазменных условиях при варьировании мощности плазмы 200, 400 и 600 Вт в течении 10 минут при давлении 5 10-5 мбар; - создание мембран способом поликонденсационного наполнения полимерных композитов, обладающий широкими возможностями для получения новых материалов. - проведение полного комплекса необходимых экспериментальных и теоретических исследований от структуры и свойств волокнистых систем; - синтеза связующих со встроенными "core-shell" наночастицами; - наработки опытных партий образцов; - моделирования свойств получаемых полимерных структур; - определения перспективных областей использования этих материалов. Выявлено, что низкотемпературная ионно-плазменная предобработка приводит к структурным морфологическим изменениям поверхности волокнистых систем с образованием пещеристо- рельефных образований вдоль полиэфирных волокон и характерное боковое чешуйчатое шелушение поверхности новолачных фенолформальдегидных волокнистых систем, данный факт сказывается на диффузионных процессах и учитывается в дальнейшем при отработке технологического процесса получения новых мозаичных мембран. Плазменная предобработка волокнистых систем модифицирует поверхность волокон в сторону значительного увеличения ее развитости, т.е. направлено формируется сильно концентрированная система нанореакторов (развитое поровое пространство), которая изменяет условия поликонденсационного синтеза и интенсифицирует катализ. Впервые синтез катионо-анионообменной матрицы на волокнистых системах проведен с встраиванием ультрадисперсных оксидов металлов и полупроводников, полученных методами «top-down» и «bottom-up», что вместе с варьированием технических приемов формирования многокомпонентной полимерной системы позволил направленно регулировать структуру получаемых материалов. В результате выполнения проекта получены новые знания в области поликонденсационных процессов синтеза и структурирования смешанной полимерной матрицы на различных волокнистых основах.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Обеспечение технологического суверенитета является наиважнейшей задачей, которая стоит перед отечественной наукой и технологией. Комплекс взаимосвязанных проблем, который необходимо решить в ближайшее время — это извлечение ценных химических элементов (таких как литий, барий, стронций и т.д.) из промышленных и пластовых вод, а также проблема получения сверхчистой глубоко деионизованной воды. Для решения этих задач нужны отечественные композиционные гетерогенные материалы – мембраны. Научная группа под руководством профессора, доктора технических наук Марины Михайловны Кардаш разработала новое поколение мозаичных мембран. Новые мозаичные полимерные мембраны содержат чередующиеся катионитовые и анионитовые участки. Этот тип мембран позволяет не только в едином цикле осуществлять ионный перенос и разделение сложных коллоидных систем, но и управляемо менять pH растворов. Это стало возможным благодаря использованию ионно-плазменной активации полимерных волокнистых систем, на которых в дальнейшем и формировались ионно-обменные матрицы со встроенными "core-shell” наночастицами металлов и полупроводников, полученных различными методами. Проект позволил значительно расширить представления о закономерностях проведения процессов синтеза и структурообразования смешанной полимерной матрицы в едином технологическом цикле на поверхности и структуре волокнистых систем.