The object of research, development or design (in Russian) : Объектами исследования являются композиты Fe3O4/АУ, Fe3O4/MXene и Fe3O4/АУ/MXene.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу нысандары — Fe₃O₄/БК, Fe₃O₄/MXene және Fe₃O₄/БК/MXene композиттері.

Aim of work (in Russian) : Цель проекта – разработка новых композиционных материалов на основе магнетита и 2D наноструктур в виде MXene и графеноподобных структур, отработка оптимального состава и исследование их физико-химических характеристик, применение полученных композитов для очистки воды от ионов металлов (хром, мышьяк, свинец) и десалинизации (опреснения) соленой воды.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты – магнетит пен MXene және графен тәрізді 2D наноқұрылымдар негізінде жаңа композициялық материалдар әзірлеу, олардың оңтайлы құрамын айқындау және физика-химиялық қасиеттерін зерттеу, алынған композиттерді металл иондарынан (хром, мышьяк, қорғасын) суды тазарту және тұзды суды тұщыландыру (десалинизация) үшін қолдану.

Методы исследования (на русском) : Для изучения структуры и морфологии образцов использовался сканирующий электронный микроскоп FESEM (Carl Zeiss, Германия). Метод позволяет получить изображение поверхности, определить структуру материала и размер отдельных частиц. Данный микроскоп также оснащен системой энергодисперсионного рентгеноструктурного анализа (ЭДС, Oxford Instruments с программным обеспечением Aztec), которая позволяет определять химический состав в диапазоне от B до U. Кристаллическая структура образцов была исследована методом рентгенофазового анализа (РФА) на дифрактометре X'Pert PRO MPD PANalytical B.V. с использованием CuKα излучения при напряжении 40 кВ и силе тока 40 мА в диапазоне 2θ от 5° до 90°. Были получены данные о кристаллической решетке и фазовом составе образцов. Анализ и обработка данных проводились с использованием базы данных PDF. Удельная поверхность и пористость материалов были проанализированы с использованием изотерм адсорбции-десорбции азота, полученных на приборах Autosorb iQ и SSA-4000.

Методы исследования (на казахском) : Үлгілердің құрылымы мен морфологиясын зерттеу үшін сканирлеуші электрондық микроскоп (FESEM, Carl Zeiss, Германия) пайдаланылды. Бұл әдіс материалдың бетін бейнелеуге, құрылымын және жеке бөлшектердің мөлшерін анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, микроскоп энергодисперсиялық рентгендік талдау жүйесімен (ЭДС, Oxford Instruments, Aztec бағдарламалық жасақтамасы) жабдықталған, ол элементтік құрамды B-ден U-ге дейінгі диапазонда анықтауға мүмкіндік береді. Үлгілердің кристалдық құрылымы рентгендік фазалық талдау (РФА) әдісімен X'Pert PRO MPD PANalytical B.V. дифрактометрінде зерттелді. Өлшеулер CuKα сәулеленуімен, 40 кВ кернеуде және 40 мА ток күшінде, 2θ бұрыш диапазоны 5°–90° аралығында жүргізілді. Нәтижесінде үлгілердің кристалдық торы мен фазалық құрамы туралы деректер алынды. Мәліметтерді талдау және өңдеу PDF дерекқоры негізінде жүзеге асырылды. Материалдардың меншікті бетінің ауданы мен кеуектілігі азоттың адсорбция-десорбция изотермалары негізінде Autosorb iQ және SSA-4000 аспаптарында анықталды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Были получены 3 вида сорбента Fe3O4/АУ, Fe3O4/MXene и АУ/MXene/Fe3O4 для очистки вод от ионов тяжелых металлов Pb(II), Cr(III) и As(III). Установлено, что максимальная адсорбционная емкость Fe3O4/AУ по Pb(II) составляет 39,15 мг/г, по Сr(III) – 32,63 и 2,6 мг/г по As(III). Адсорбционная емкость Fe3O4/MXene по Pb(II) составляет 63,84 мг/г, по Сr(III) – 50,78 и 4,16 мг/г по As(III). Научной новизной исследований является установление способности композита Fe3O4/MXene быстрого захвата ионов металлов за первые 5 мин сорбции, как было показано на примере Pb(II) и Сr(III), что открывает возможности разработки быстродействующих сорбентов. Также были получены композиты APS-АУ/MXene/Fe3O4 и NH2-АУ/MXene/Fe3O4 путем функционализации АУ, что позволяет проводить функциональную настройку поверхности для селективного извлечения катионов и анионов. Максимальная адсорбционная емкость APS-АУ/MXene/Fe3O4 по Pb(II) достигает 51,54 мг/г, а для NH2-АУ/MXene/Fe3O4 максимальное значение адсорбционной емкости по Cr(III) составляет 33,44 мг/г. Также композит Fe3O4/MXene показал высокие значения коэффициента удаления соли равный 55,67 % при концентрации NaCl 500 мг/л.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Pb(II), Cr(III) және As(III) ауыр металл иондарынан суды тазарту үшін Fe3O4/БК, Fe3O4/MXene және БК/mxene/Fe3O4 сорбентінің 3 түрі алынды. Pb(II) бойынша Fe3O4/БК максималды адсорбциялық сыйымдылығы 39,15 мг/г, Сг(III) бойынша – 32,63 және As(III) бойынша 2,6 мг/г құрайтыны анықталды. Pb(II) бойынша Fe3O4/MXene адсорбциялық сыйымдылығы 63,84 мг/г, Сг(III) бойынша – 50,78 және As(III) бойынша 4,16 мг/г құрайды. Зерттеудің ғылыми жаңалығы-Pb(II) және Cr(III) мысалында көрсетілгендей, сорбцияның алғашқы 5 минутында Fe3O4/MXene металл иондарын жылдам ұстау Композит қабілетін орнату, бұл тез әсер ететін сорбенттерді әзірлеу мүмкіндіктерін ашады. Сондай-ақ, ApS-БК/MXene/Fe3O4 және NH2-БК/MXene/Fe3O4 композиттері ау функционализациясы арқылы алынды, бұл катиондар мен аниондарды селективті алу үшін функционалды бетті реттеуге мүмкіндік береді. Pb(II) бойынша ApS-БК/MXene/Fe3O4 максималды адсорбциялық сыйымдылығы 51,54 мг/г-ға жетеді, ал NH2-БК/mxene / Fe3O4 үшін Cr(III) бойынша адсорбциялық сыйымдылықтың максималды мәні 33,44 мг/г құрайды. NaCl 500 мг / л.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разработаны три типа композитных сорбентов – Fe₃O₄/АУ, Fe₃O₄/MXene и АУ/MXene/Fe₃O₄ – для очистки водных растворов от ионов Pb(II), Cr(III) и As(III). Все материалы обладают развитой удельной поверхностью, химической стабильностью и магнитными свойствами, обеспечивающими простое разделение и регенерацию (4–6 циклов без потери активности). Fe₃O₄/АУ имеет микропористую структуру с равномерным распределением наночастиц магнетита, Fe₃O₄/MXene – слоисто-ламинарную морфологию с внедрением Fe₃O₄ между слоями MXene. Функционализация активированного угля позволила получить APS-АУ/MXene/Fe₃O₄ и NH₂-АУ/MXene/Fe₃O₄ с регулируемыми поверхностными свойствами: APS-группы придают отрицательный заряд и повышают селективность к катионам Pb(II), а аминогруппы (–NH₂) обеспечивают сродство к анионным или комплексным формам металлов. Синтез осуществляется методами химического осаждения, гидротермальной и ультразвуковой обработки без сложного оборудования; себестоимость – 30–40 USD/кг. Полученные материалы характеризуются высокой сорбционной емкостью, быстродействием, селективностью и экологической безопасностью, что делает их перспективными для очистки сточных и природных вод и фильтрационных систем.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Әзірленген үш түрі композиттік сорбенттер – Fe₃O₄/БК, Fe₃O₄/MXene және БК/MXene/Fe₃O₄ – тазалау үшін су ерітінділерді иондар Pb(II), Cr(III) және As(III). Барлық материалдар қарапайым бөліну мен регенерацияны қамтамасыз ететін дамыған меншікті бетке, химиялық тұрақтылыққа және магниттік қасиеттерге ие (белсенділікті жоғалтпай 4-6 цикл). Fe₃O₄/БК бар микропористую құрылымы біркелкі бөлумен нанобөлшектердің магнетит, Fe₃O₄/MXene – қабатты-ламинарную морфологиясы енгізумен Fe₃O₄ қабаттары арасындағы MXene. Белсендірілген көмірдің функционалдануы ApS-БК/MXene/Fe₃o и және nh₂-БК/MXene/Fe₃o регулиру реттелетін беттік қасиеттері бар: APS топтары теріс заряд береді және Pb(II) катиондарына селективтілікті арттырады, ал амин топтары (- NH₂) металдардың аниондық немесе күрделі түрлеріне жақындықты қамтамасыз етеді. Синтез күрделі жабдықсыз химиялық тұндыру, гидротермиялық және ультрадыбыстық өңдеу әдістерімен жүзеге асырылады; құны – 30-40 USD/кг.алынған материалдар жоғары сорбциялық сыйымдылығымен, жылдамдығымен, селективтілігімен және экологиялық қауіпсіздігімен сипатталады, бұл оларды ағынды сулар мен табиғи суларды және сүзу жүйелерін тазартуға перспективалы етеді.

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Енгізілмеген

Efficiency (in Russian) : Установлены сорбционные характеристики исследуемых материалов Fe3O4/АУ, Fe3O4/MXene и Fe3O4/АУ/MXene и показана их высокая эффективность при извлечении целевых ионов (Pb(II), Cr(III) и As(III)) из водных растворов. Были получены 3 вида сорбента Fe3O4/АУ, Fe3O4/MXene и АУ/MXene/Fe3O4 для очистки вод от ионов тяжелых металлов Pb(II), Cr(III) и As(III). Установлено, что максимальная адсорбционная емкость Fe3O4/AУ по Pb(II) составляет 39,15 мг/г, по Сr(III) – 32,63 и 2,6 мг/г по As(III). Адсорбционная емкость Fe3O4/MXene по Pb(II) составляет 63,84 мг/г, по Сr(III) – 50,78 и 4,16 мг/г по As(III).

Efficiency (in Kazakh) : Fe₃O₄/БК, Fe₃O₄/MXene және Fe₃O₄/БК/MXene материалдарының сорбциялық сипаттамалары анықталып, олардың су ерітінділерінен мақсатты иондарды (Pb(II), Cr(III) және As(III)) тиімді түрде алу қабілеті жоғары екені көрсетілді. Pb(II), Cr(III) және As(III) ауыр металл иондарынан суды тазарту үшін Fe3O4/БК, Fe3O4/MXene және БК/mxene/Fe3O4 сорбентінің 3 түрі алынды. Pb(II) бойынша Fe3O4/БК максималды адсорбциялық сыйымдылығы 39,15 мг/г, Сг(III) бойынша – 32,63 және As(III) бойынша 2,6 мг/г құрайтыны анықталды. Pb(II) бойынша Fe3O4/MXene адсорбциялық сыйымдылығы 63,84 мг/г, Сг(III) бойынша – 50,78 және As(III) бойынша 4,16 мг/г құрайды.

Field of application (in Russian) : Область применения результатов. Полученные результаты по сорбции ионов из водных растворов могут быть использованы при разработке и совершенствовании технологий очистки сточных и природных вод от тяжелых металлов и токсичных примесей в различных областях. Внедрение на данном этапе не предусмотрено.

Field of application (in Kazakh) : Нәтижелердің қолданылу саласы. Сулы ерітінділерден иондарды сорбциялау бойынша алынған нәтижелер ауыр металдар мен уытты қоспалардан тұрмыстық және табиғи суларды тазарту технологияларын әзірлеу және жетілдіру кезінде түрлі салаларда қолданылуы мүмкін. Осы кезеңде нәтижелерді өндіріске енгізу қарастырылмаған.