Inventory number IRN Number of state registration
0324РК00312 AP22784980-KC-24 0124РК00184
Document type Terms of distribution Availability of implementation
Краткие сведения Gratis Number of implementation: 0
Not implemented
Publications
Native publications: 0
International publications: 0 Publications Web of science: 0 Publications Scopus: 0
Patents Amount of funding Code of the program
0 29996666.4 AP22784980
Name of work
Разработка технологий очистки воды с помощью нанопузырьков посредством молекулярного моделирования и лабораторных экспериментов
Type of work Source of funding Report authors
Fundamental Өмірбеков Сағын Күмісханұлы
0
1
1
0
Customer МНВО РК
Information on the executing organization
Short name of the ministry (establishment) Нет
Full name of the service recipient
Частное учреждение "National Laboratory Astana"
Abbreviated name of the service recipient National Laboratory Astana
Abstract

Объектом исследования стала стабильность и поведение нанопузырьков в воде при различных условиях окружающей среды. Исследование было направлено на понимание того, как такие факторы, как ионная сила, рН и температура, влияют на стабильность нанопузырьков, с использованием экспериментальных установок замкнутого цикла и моделирования молекулярной динамики. Полученные результаты помогут разработать эффективные способы применения нанопузырьков в технологиях восстановления окружающей среды и очистки воды.

Зерттеудің нысаны ретінде әртүрлі қоршаған орта жағдайларында суда нанокөпіршіктердің тұрақтылығы мен әрекеті алынды. Зерттеу иондық күш, рН және температура сияқты факторлардың нанокөпіршіктердің тұрақтылығына әсерін түсінуге бағытталды және жабық циклдегі эксперименттік қондырғылар мен молекулалық динамика моделдеуін қолдану арқылы жүргізілді. Алынған нәтижелер нанокөпіршіктерді қоршаған ортаны қалпына келтіру және су тазарту технологияларында тиімді қолдану тәсілдерін әзірлеуге көмектеседі.

Цель данной работы - изучить стабильность нанопузырьков в воде при различных условиях окружающей среды, чтобы понять, как такие факторы, как ионная сила, pH и температура, влияют на их поведение. Это исследование призвано дать представление о том, как оптимизировать использование нанопузырьков для восстановления окружающей среды и очистки воды, повышая эффективность и надежность этих технологий.

Бұл жұмыстың мақсаты – әртүрлі қоршаған орта жағдайларында суда нанокөпіршіктердің тұрақтылығын зерттеу, иондық күш, рН және температура сияқты факторлардың олардың мінез-құлқына қалай әсер ететінін түсіну. Бұл зерттеу нанокөпіршіктерді қоршаған ортаны қалпына келтіру және су тазарту үшін пайдалану тәсілдерін оңтайландыруға, сондай-ақ осы технологиялардың тиімділігі мен сенімділігін арттыруға бағытталған.

Методы исследования, использованные в данной работе, включали экспериментальные установки с замкнутым циклом для оценки стабильности нанопузырьков в воде при различных условиях окружающей среды. В этих экспериментах измерялись эффекты изменения ионной силы, рН и температуры на поведение нанопузырьков. Кроме того, для более глубокого понимания механизмов, определяющих стабильность нанопузырьков и их взаимодействие на молекулярном уровне, было использовано вычислительное моделирование с помощью симуляторов молекулярной динамики. Такое сочетание экспериментальных и вычислительных подходов позволило провести всесторонний анализ факторов, влияющих на эффективность нанопузырьков в экологических приложениях.

Бұл жұмыста қолданылған зерттеу әдістері әртүрлі қоршаған орта жағдайларында суда нанокөпіршіктердің тұрақтылығын бағалау үшін жабық циклдегі эксперименттік қондырғыларды қамтыды. Бұл эксперименттерде нанокөпіршіктердің әрекеті иондық күш, рН және температураның өзгеру әсерлері өлшенді. Сонымен қатар, нанокөпіршіктердің тұрақтылығын анықтайтын механизмдерді және олардың молекулалық деңгейдегі өзара әрекеттесуін тереңірек түсіну үшін молекулалық динамика симуляторлары арқылы есептеу моделдеу қолданылды. Эксперименттік және есептік тәсілдердің осындай комбинациясы экологиялық қосымшалардағы нанокөпіршіктердің тиімділігіне әсер ететін факторларды жан-жақты талдауға мүмкіндік берді.

Результаты исследования показали, что на стабильность нанопузырьков в воде существенно влияют факторы окружающей среды, включая ионную силу, рН и температуру. Было обнаружено, что более высокая ионная сила и экстремальные уровни pH способствуют агрегации нанопузырьков, в то время как умеренные условия повышают их стабильность. Изменение температуры выявило сложное, нелинейное влияние на дисперсию нанопузырьков, что указывает на оптимальные условия для поддержания стабильности. Новизна данного исследования заключается в комплексном подходе, сочетающем экспериментальные методы с моделированием молекулярной динамики, что позволяет получить полное представление о поведении нанопузырьков в водной среде. Данная работа вносит новый вклад в понимание фундаментальных механизмов, влияющих на стабильность нанопузырьков, и закладывает основу для оптимизации их применения в технологиях восстановления окружающей среды и очистки воды.

Бұл зерттеуден алынған нәтижелер нанокөпіршіктердің суда тұрақтылығы қоршаған орта факторларына, соның ішінде иондық күш, рН және температураға едәуір әсер ететінін көрсетті. Жоғары иондық күш және экстремалды рН деңгейлері нанокөпіршіктердің агрегациясын ынталандырады, ал орташа жағдайлар олардың тұрақтылығын арттырады. Температураның өзгерістері нанокөпіршіктердің дисперсиясына күрделі, сызықты емес әсерлерді көрсетті, бұл тұрақтылықты сақтауға арналған оптималды жағдайларды білдіреді. Бұл зерттеудің жаңалығы жабық циклдегі эксперименттік әдістер мен молекулалық динамика симуляцияларын біріктіретін интегративті тәсілде жатыр, ол су ортасындағы нанокөпіршіктердің мінез-құлқын жан-жақты түсінуге мүмкіндік береді. Бұл жұмыс нанокөпіршіктердің тұрақтылығына әсер ететін негізгі механизмдер туралы жаңа түсініктерді береді және оларды экологиялық қалпына келтіру және су тазарту технологияларында қолдануды оңтайландыру үшін негіз қалайды.

Основные проектные показатели данного исследования сосредоточены на стабильности и эффективности нанопузырьков при очистке воды. Ключевые технические показатели включают характеристику размеров нанопузырьков и их распределения, продолжительность стабильности при различных ионных силах, уровнях pH и температурах, а также эффективность нанопузырьков в деградации органических загрязнителей. Экономические показатели оценивают затраты, связанные с получением нанопузырьков, экономическую эффективность использования нанопузырьков по сравнению с традиционными методами очистки, а также потенциал масштабирования для промышленного применения. В совокупности эти показатели обеспечивают комплексную основу для оценки практического применения и экономической целесообразности технологии нанопузырьков в восстановлении окружающей среды и очистке воды.

Бұл зерттеудің негізгі конструкторлық көрсеткіштері суды тазартудағы нанокөпіршіктердің тұрақтылығы мен тиімділігіне бағытталған. Негізгі техникалық көрсеткіштерге нанокөпіршіктердің мөлшері мен таралуының сипаттамасы, әртүрлі иондық күштердегі тұрақтылық ұзақтығы, рН деңгейлері мен температуралар, органикалық ластаушы заттарды ыдыратудағы нанокөпіршіктердің тиімділігі жатады. Экономика нанокөпіршіктерді өндіруге байланысты шығындарды, дәстүрлі тазарту әдістерімен салыстырғанда нанокөпіршіктерді пайдаланудың үнемділігін және өнеркәсіптік қолданбалар үшін масштабтау әлеуетін бағалайды. Біріктірілген бұл көрсеткіштер қоршаған ортаны қалпына келтіру мен суды тазартуда нанокөпіршік технологиясының практикалық қолданылуы мен экономикалық орындылығын бағалау үшін жан-жақты негізді қамтамасыз етеді.

Степень реализации данного исследования отражена в успешном применении технологии нанопузырьков в лабораторных условиях, что демонстрирует ее потенциал для практического использования в восстановлении окружающей среды и очистке воды. Полученные результаты указывают на четкий путь к расширению масштабов производства и применения нанопузырьков в реальных сценариях, а установленные стабильность и эффективность разложения служат основой для дальнейшего развития. Текущие исследования направлены на уточнение рабочих параметров и оптимизацию условий для различных сред очистки, что открывает путь к пилотным проектам и последующей промышленной интеграции. Такая стратегия постепенного внедрения гарантирует, что знания, полученные в ходе исследования, будут воплощены в эффективные решения для управления качеством воды и смягчения последствий загрязнения.

Бұл зерттеуді жүзеге асыру ауқымы нанокөпіршіктер технологиясын зертханалық жағдайларда сәтті қолдануда, оның қоршаған ортаны қалпына келтіруде және суды тазартуда практикалық қолдану мүмкіндігін көрсетуде көрінеді. Нәтижелер нақты сценарийлерде нанокөпіршіктерді өндіру мен қолдануды кеңейтудің нақты жолын көрсетеді және белгіленген тұрақтылық пен нашарлау тиімділігі одан әрі даму үшін негіз береді. Ағымдағы зерттеулер операциялық параметрлерді нақтылауға және әртүрлі өңдеу орталары үшін жағдайларды оңтайландыруға, пилоттық жобаларға және кейінгі өнеркәсіптік интеграцияға жол ашуға бағытталған. Бұл қадамдық енгізу стратегиясы зерттеу нәтижесінде алынған білімнің су сапасын басқару және ластануды азайтудың тиімді шешімдеріне айналуын қамтамасыз етеді.

Эффективность технологии нанопузырьков, продемонстрированная в данном исследовании, характеризуется их способностью усиливать разложение органических загрязнителей в воде, сохраняя при этом стабильность в различных условиях окружающей среды. Исследование показало, что нанопузырьки значительно снижают энергию активации, необходимую для разложения загрязнителя, что приводит к более высокой скорости разложения по сравнению с традиционными методами. Количественные оценки показали заметное повышение эффективности разложения при оптимальных условиях, определенных для ионной силы, рН и температуры. Кроме того, использование нанопузырьков позволило свести к минимуму необходимость в дополнительных химических обработках, что сократило общие эксплуатационные расходы и повысило устойчивость процессов очистки воды. Такая эффективность подчеркивает потенциал технологии нанопузырьков для создания эффективных и экологичных решений по восстановлению и управлению водными ресурсами.

Осы зерттеуде көрсетілген нанокөпіршік технологиясының тиімділігі оның әртүрлі қоршаған орта жағдайларында тұрақтылықты сақтай отырып, судағы органикалық ластаушы заттардың ыдырауын күшейту қабілетімен сипатталады. Зерттеу көрсеткендей, нанокөпіршіктер ластаушы затты ыдыратуға қажетті белсендіру энергиясын айтарлықтай төмендетеді, бұл дәстүрлі әдістермен салыстырғанда деградацияның жоғары жылдамдығына әкеледі. Сандық бағалаулар иондық беріктік, рН және температура үшін анықталған оңтайлы жағдайларда деградация тиімділігінің айтарлықтай жоғарылауын көрсетті. Сонымен қатар, нанокөпіршіктерді пайдалану қосымша химиялық өңдеулерге қажеттілікті барынша азайтты, жалпы пайдалану шығындарын азайтты және суды тазарту процестерінің тұрақтылығын арттырды. Бұл тиімділік суды қалпына келтіру және басқару үшін тиімді және экологиялық таза шешімдер жасау үшін нанокөпіршік технологиясының әлеуетін көрсетеді.

Сфера применения нанопузырьковой технологии широка и охватывает различные области, в частности, восстановление окружающей среды и очистку воды. Эта технология может быть использована для деградации органических загрязнителей в сточных водах, что делает ее ценным инструментом в таких отраслях, как фармацевтика, текстильная и пищевая промышленность, где присутствуют значительные химические загрязнители. Кроме того, нанопузырьки могут повысить эффективность процессов биоремедиации, улучшая скорость переноса кислорода в водной среде, что способствует росту полезных микроорганизмов, которые в дальнейшем расщепляют загрязняющие вещества. Помимо очистки сточных вод, нанопузырьки имеют потенциальное применение в очистке питьевой воды, где они могут помочь в удалении загрязняющих веществ и улучшении качества воды. Кроме того, технология может быть использована в сельскохозяйственной практике для восстановления почвы и воды, способствуя росту сельскохозяйственных культур за счет улучшения аэрации почвы и доступности питательных веществ. В целом, универсальность технологии нанопузырьков делает ее перспективным решением для решения различных экологических проблем и продвижения устойчивых практик в различных секторах.

Нанокөпіршіктер технологиясын қолдану аясы кең және әртүрлі салаларды, атап айтқанда, қоршаған ортаны қалпына келтіру мен суды тазартуды қамтиды. Бұл технология ағынды сулардағы органикалық ластаушы заттарды ыдырату үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл оны маңызды химиялық ластағыштар болатын фармацевтика, тоқыма және тамақ өңдеу сияқты салаларда құнды құралға айналдырады. Сонымен қатар, нанокөпіршіктер су ортасындағы оттегінің тасымалдану жылдамдығын жақсарту арқылы биоремедиация процестерінің тиімділігін арттыра алады, бұл ластаушы заттарды одан әрі ыдырататын пайдалы микроорганизмдердің өсуіне ықпал етеді. Ағынды суларды тазартудан басқа, нанокөпіршіктердің ауыз суды тазартуда әлеуетті қолданбалары бар, олар ластаушы заттарды кетіруге және судың сапасын жақсартуға көмектеседі. Сонымен қатар, технологияны ауылшаруашылық тәжірибесінде топырақ пен суды қалпына келтіру, топырақ аэрациясын және қоректік заттардың қолжетімділігін жақсарту арқылы дақылдардың өсуіне ықпал ету үшін пайдалануға болады. Тұтастай алғанда, нанокөпіршіктер технологиясының әмбебаптығы оны әртүрлі экологиялық мәселелерді шешуге және әртүрлі секторлардағы тұрақты тәжірибелерді ілгерілетуге перспективалы шешім етеді.

UDC indices
628.16.0
International classifier codes
87.15.00;
Key words in Russian
нанопузырьки; моделирование молекулярной динамики; ремедиация воды; загрязнение окружающей среды; органические загрязнители; вычислительная химия;
Key words in Kazakh
нанокөпіршіктер; молекулалық динамикалық модельдеу; суды қалпына келтіру; қоршаған ортаның ластануы; органикалық ластаушылар; есептеу химиясы;
Head of the organization Сарбасов Дос Джурмаханбет Ph.D. Биохимия и молекулярная биология, Ph.D. / Ph.D.
Head of work Өмірбеков Сағын Күмісханұлы Ph.D. в области материаловедения и механической инженерии / Ph.D.