The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования является метод гидротермальной карбонизации предварительно обработанных возобновляемых отходов биомассы с последующей термохимической активацией с целью отработки параметров технологического процесса для получения графеноподобных структур с объёмным выходом на основе результатов исследования физико-химическими методами углеродных структур .

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу объектісі көміртекті құрылымдарды физикалық-химиялық зерттеулердің нәтижелері бойынша көлемдік шығымы бар графен тәрізді құрылымдарды алудың технологиялық процесінің параметрлерін нақтылау мақсатында алдын ала тазартылған жаңартылатын биомасса қалдықтарын гидротермиялық карбонизациялау әдісінен кейін термохимиялық активациялау болып табылады.

Aim of work (in Russian) : Цель работы – отработка параметров метода гидротермальной карбонизации с последующей термохимической активацией, обеспечивающие синтез графеноподобных структур с объёмным выходом на основе исследования полученных углеродных структур после гидротермальной обработки и термохимической активации, и повышение выхода графеноподобных структур путем модернизации экспериментальных устройств.

Aim of work (in Kazakh) : Жұмыстың мақсаты – гидротермиялық карбонизация және одан кейінгі термохимиялық активациялау процесстерінен кейін алынған көміртекті құрылымдардың көлемдік шығымы бар графен тәрізді құрылымдардың синтезін қамтамасыз ететін, кейіннен гидротермиялық карбонизациямен термохимиялық активациялау әдісінің параметрлерін әзірлеу және ұлғайту, тәжірибелік құрылғыларды жаңарту арқылы графен тәрізді құрылымдардың шығынын зерттеу.

Методы исследования (на русском) : Методы исследования: пористая структура углеродных графеноподобных структур (ГПС), полученных из биомассы, была исследована на растровом электронном микроскопе (сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) фирмы JEOL (модель JSM-6490LA); элементный анализ проводили методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDАX); полученные образцы ГПС исследовались на Раман спектроскопии (NTEGRA Spectra Raman, λ = 473 nm); рентгенофазовый анализ образцов был выполнен на MiniFlex 300/600; удельная поверхность образцов ГПС была исследована на Сорбтометре-М.

Методы исследования (на казахском) : Зерттеу әдістері: биомассадан алынған көміртекті графен тәрізді құрылымдардың (GLS) кеуекті құрылымы сканерлеуші электронды микроскоптың (JEOL (JSM-6490LA моделі) сканерлеуші электрондық микроскопы (SEM)) көмегімен зерттелді; энергия дисперсиялы рентгендік спектроскопия көмегімен элементтік талдау жүргізілді (EDAX); алынған GPS үлгілері Raman спектроскопиясы арқылы зерттелді (NTEGRA Spectra Raman, λ = 473 нм); үлгілердің рентгендік фазалық талдауы MiniFlex 300/600 құрылғысында орындалды; алынған GPS үлгіліердің беттік ауданы сорбтометр-М-де зерттелді.

Obtained results and novelty (in Russian) : Массовый процентный выход целлюлозы после гидротермальной карбонизации составил: ПС – 30,4%, ПО – 12,3%, ЯС – 43,7%, РШ – 14,4%. Анализ СЭМ снимков образцов после гидротермальной карбонизации при температурах 100, 140 и 170оС (время выдержки 5, 10, 12 час в 3М растворе КОН) показал, что эффективное образование целлюлозы наблюдается в образцах ПС и РШ при 170оС при выдержке 10 часов, и в меньшей степени для образцов ЯС и ПО. Активация образцов, полученных после ГТО, проводилась в инертной среде при температуре 870оС с остаточным содержанием КОН (около 30%) без добавления.Усредняя удельная поверхность образцов, которые были предварительно гидротермально обработаны при 100, 140 и 170оС, после активации равна: РШ - 909,58 м2/г, ПО – 332,79 м2/г, ПС – 914,07 м2/г, ЯС – 895,65 м2/г. Средняя степень графитизации для образцов, которые были предварительно гидротермально обработаны при 100, 140 и 170оС, рассчитанная по Раман-спектрам, после активации равна: ПО-100оС – 31,5%, ПО-140оС – 29,6% и ПО-170оС – 25,3%; ПС-100оС – 29,2%, ПС-140оС – 35,3% и ПС-170оС – 36,7%; ЯС-100оС – 33,7%, ЯС-140оС – 29,7% и ЯС-170оС – 30,2%; РШ-100оС – 28,0%, РШ-140оС – 29,5% и РШ-170оС – 31,5. СЭМ снимки активированных образцов углеродных материалов показали характерную хаотическую структуру с размерами пор от десятков микрон до мезопор.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Целлюлозаның массалық пайыздық шығымы: WS - 30,4%, WB - 12,3%, BS - 43,7%, RH - 14,4% болды. 100, 140 және 170°С температурада (3М КОН ерітіндісінде ұстау уақыты 5, 10, 12 сағат) гидротермиялық карбонизациядан кейінгі үлгілердің SEM суреттерін талдау нәтижесінде, 170°C температурада 10 сағат бойы ұсталған WS және RH үлгілерінде тиімді целлюлоза түзілуі байқалатынын көрсетті, ал BS және WB үлгілері үшін аз дәрежеде. Гидротермиялық карбонизациядан кейінгі алынған үлгілерді активациялау инертті ортада 870°С температурада қоспасыз KOH қалдығы (шамамен 30%) жүргізілді.Алдын ала гидротермиялық өңдеуден өткен үлгілердің меншікті бетінің орташа ауданы 100, 140 және 170°С,сәйкесінше: RH - 909 ,58 м2/г, WB – 332,79 м2/г, WS – 914,07 м2/г, BS – 895,65 м2/г. Раман спектрлері бойынша есептелген 100, 140 және 170°C температурада алдын ала гидротермиялық өңдеуден өткен үлгілер үшін графиттенудің орташа дәрежесі активациялаудан кейін келесіге тең: WB-100°C - 31,5%, WB-140°C - 29,6% және WB-170°C - 25,3%; WS-100оС – 29,2%, WS-140оС – 35,3% және WS-170оС – 36,7%; BS-100oC – 33,7%, BS-140oC – 29,7% және BS-170oC – 30,2%; RH-100оС – 28,0%, RH-140оС – 29,5% және RH-170оС – 31,5%. Көміртекті материалдардың белсендірілген үлгілерінің SEM суреттері ондаған микроннан мезокеуектерге дейінгі кеуек өлшемдерімен тән хаотикалық құрылымды көрсетті.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : После гидротермальной обработки, как показал ЭДАХ анализ, остаток КОН в количестве 30% по массе вполне достаточен для последующей термохимической активации и нет необходимости в его добавлении, так как добавка КОН приводит к полной деградации углерода. После термохимической активации наименьшая удельная площадь поверхности наблюдается у образцов ПО (в среднем 330 м2/г) по сравнению с образцами ПС, ЯС и РШ (в среднем 914, 896 и 1004 м2/г, соответственно). На основе проведенной технико-экономической оценки технологического процесса получения графеноподобных структур из растительной биомассы путем гидротермальной карбонизации с последующей термохимической активацией, установлено, что при термохимической активации степень графитизации для всех прекурсоров в среднем составляет примерно 30%, независимо от температуры гидротермальной карбонизации (100, 140, 170оС). Однако для образцов ПС при температурах 140 и 170 оС наблюдается наибольшая степень графитизации 35,3 и 36,7%, соответственно, что делает её предпочтительной для последующего использования в качестве углеродного материала для накопителей энергии. Степень графитизации и удельная площадь поверхности являются определяющими параметрами для улучшения электрохимических свойств углеродного материала при применении в качестве электрода для электрохимических накопителей энергии.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Гидротермиялық өңдеуден кейін, EDAХ талдауы көрсеткендей, салмағы бойынша 30% мөлшерінде КОН қалдығы кейінгі термохимиялық белсендіру үшін жеткілікті және оны қосудың қажеті жоқ, өйткені КОН қосу көміртектің толық ыдырауына әкеледі. Термохимиялық белсендіруден кейін WS, BS және RH үлгілерімен салыстырғанда WB үлгілері үшін (орта есеппен 330 м2/г) ең кіші меншікті бет ауданы байқалады (тиісінше орта есеппен 914, 896 және 1004 м2/г). Гидротермиялық карбонизациядан кейін термохимиялық активациялау арқылы өсімдік биомассасынан графен тәрізді құрылымдарды алудың технологиялық процесін техникалық-экономикалық бағалау негізінде термохимиялық активациялау кезінде барлық прекурсорлар үшін графиттену дәрежесі орташа есеппен шамамен 30%-ды құрайтыны анықталды. гидротермиялық карбонизация температурасы (100, 140 , 170оС). Дегенмен, WS үлгілері үшін 140 және 170 ° C температурада графиттенудің ең жоғары дәрежесі байқалады - сәйкесінше 35,3 және 36,7%, бұл оны кейіннен энергия сақтау құрылғылары үшін көміртекті материал ретінде пайдалану үшін қолайлы етеді. Графиттену дәрежесі және меншікті бетінің ауданы электрохимиялық энергияны сақтау құрылғылары үшін электрод ретінде пайдаланылған кезде көміртекті материалдың электрохимиялық қасиеттерін жақсартудың анықтаушы параметрлері болып табылады.

Level of implementation (in Russian) : Отработан метод и определены параметры гидротермальной карбонизации с последующей термохимической активацией исходной растительной биомассы с целью получения углеродного материала с достаточным содержанием графенопопдобных структур для дальнейшего испытания в опытных образцах суперконденсаторов.

Level of implementation (in Kazakh) : Тәжірибелік суперконденсаторларда әрі қарай сынау үшін жеткілікті мөлшері бар графен тәрізді құрылымдардан көміртекті материалды алу үшін бастапқы өсімдік биомассасын гидротермиялық карбонизация және термохимиялық активациялаудың әдісі әзірленді және параметрлері анықталды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность метода гидротермальной карбонизации с последующей термохимической активацией оценивалась по степени графитизации, рассчитанной по Раман-спектрам. Наибольшая степень графитизации при термохимической активации наблюдалась для образцов ПС, полученных гидротермальной обработкой при температурах 140 и 170оС. Эффективность выхода графитизированной структуры после термохимической активации была повышена до 9,3% для образцов ПС (4,45% выход после активации) путем обработки в микроволновой печи при температуре 1500оС.

Efficiency (in Kazakh) : Гидротермиялық карбонизациядан кейін термохимиялық активациялаудың әдісінің тиімділігі Раман спектрлерінен есептелген графиттену дәрежесімен бағаланды. Термохимиялық активациялау кезінде графиттенудің ең жоғары дәрежесі 140 және 170°С температурада гидротермиялық өңдеу арқылы алынған WS үлгілері үшін байқалды. Термохимиялық активациялаудан кейін графиттелген құрылымның шығымдылығы 1500°С температурада микротолқынды пеште өңдеу арқылы WS үлгілері үшін 9,3%-ға дейін көтерілді (активациялаудан кейінгі шығымы 4,45%).

Field of application (in Russian) : Полученные ГПС обладают высокой электро- и теплопроводностью, высокой подвижностью носителей заряда и хорошими электромеханическими характеристиками и могут быть использованы, как для электродов электрохимических накопителей энергии, так и для получения наноматериалов с улучшенными механическими, электрическими и теплофизическими характеристиками.

Field of application (in Kazakh) : Алынған GLS жоғары электрлік және жылу өткізгіштікке, заряд тасымалдаушылардың жоғары қозғалғыштығына және жақсы электромеханикалық сипаттамаларына ие және оларды электрохимиялық энергияны сақтау құрылғыларының электродтары үшін де, механикалық, электрлік және термофизикалық сипаттамалары жақсартылған наноматериалдарды өндіру үшін де қолдануға болады.