The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования являются фотокатализаторы на основе N-допированного диоксида титана (N-TiO₂) и композитов TiO₂, полученных термолизом титан-содержащих металлоорганических каркасов NH₂-MIL-125, а также их модификаций с ионами железа и графеноксидом (GO). Материалы предназначены для глубокого окисления летучих органических соединений (ЛОС) в газовой фазе и снижения образования токсичных побочных продуктов.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу нысаны ретінде N-легирленген титан диоксидіне (N-TiO₂) және титан құрамды металлоорганикалық қаңқалар NH₂-MIL-125 термолизі арқылы алынған TiO₂ композиттеріне негізделген фотокатализаторлар, сондай-ақ оларды темір иондарымен және графен оксидімен (GO) түрлендірілген нұсқалары қарастырылады. Бұл материалдар газ фазасындағы ұшпа органикалық қосылыстарды (ҰОҚ) терең тотығуына және улы жанама өнімдердің түзілуін азайтуға арналған.

Aim of work (in Russian) : Разработка научных основ получения легированных частиц ТiO2 и гетероструктур на основе TiO2, поглощающих дополнительно видимый свет (λ >400 нм) и обладающие подходящим значением шириной запрещенной зоны (Eg < 3,3 эВ) для осуществления фотокаталитических реакций, используя эффективные, масштабируемые и экономически целесообразные способы.

Aim of work (in Kazakh) : Көп мөлшерде алынатын, фотокаталитикалық және экономикалық тиімді әдістерді пайдалана отырып, фотокаталитикалық реакциялар үшін қосымша көрінетін жарықты (λ > 400 нм) сіңіретін және қолайлы тыйым салынған аймақтың ені (мысалы, Eg < 3,3 эВ) бар легирленген TiO2 бөлшектерін және TiO2 негізіндегі гетероқұрылымдарды алудың ғылыми негіздерін әзірлеу.

Методы исследования (на русском) : • Рентгенофазовый анализ (XRD); • Сканирующая электронная (SEM) и просвечивающая электронная (TEM) микроскопия; • УФ-видимая спектроскопия; • Анализ удельной поверхности Брунауэра-Эммета-Теллера (BET) и размера пор; • Рамановская спектроскопия; • Термический анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC / TG); • Динамическое рассеяние света; • Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS); • Диффузионная отражательная спектроскопия (DRS); • Газовая хромато-масс-спектрометрия (ГХ / МС).

Методы исследования (на казахском) : • Рентген сәулелерінің дифракциясы (XRD); • Сканерлеуші ​​электронды микроскопия (SEM) және трансмиссиялық электронды микроскопия (TEM); • УК-көрінетін спектроскопия; • Брунауэр-Эмметт-Теллер (BET) спецификалық бетінің ауданы мен кеуек өлшемін талдау; • Раман спектроскопиясы; • Термиялық талдау, дифференциалды сканерлеу калориметриясы (DSC/TG); • Жарықтың динамикалық шашырауы; • рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS); • Диффузды шағылыстыру спектроскопиясы (DRS); • Газ хроматографиясы-масс-спектрометрия (GC/MS).

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе выполнения проекта оптимизированы условия получения фотокатализаторов на основе МОКС NH₂-MIL-125. Экспериментально установлены оптимальные условия формирования каркаса (150°C, 48 ч, NH₂-BDC:Ti(OiPr)₄ = 2:1), обеспечивающие получение высококристалличного мезопористого прекурсора с удельной поверхностью. Определены условия термического разложения, при которых формируется высокоактивная анатазная фаза N-TiO₂: температура 450°C обеспечивает максимальную скорость реакции (k = 13,3·10⁻³ мин⁻¹), превосходящую коммерческий анатаз TiO₂ более чем в 13 раз. Введение Fe³⁺ и GO расширяет спектр поглощения в видимую область, увеличивает удельную поверхность до 131 м²/г и усиливает перенос электронов за счёт формирования гетероструктур. Для TiO₂ доминируют супероксидные радикалы O₂•⁻, для N-TiO₂ — дырки h⁺ и электроны e⁻, тогда как для Fe–N–TiO₂ и N-TiO₂/GO ключевую роль играют синглетный кислород ¹O₂ и •OH-радикалы, обеспечивающие более глубокое окисление. Полученные материалы демонстрируют высокую фотостабильность: после пяти циклов фотодеградации активность сохраняется на уровне 90–95%. Сравнительный анализ показал, что материал MIL/TiO₂, синтезированный термолизом МОКС, превосходит коммерческий анатазный TiO₂ по степени конверсии толуола в газовой фазе (17,3 % против 6,23 %). Повышенная эффективность обусловлена повышенной удельной поверхностью, улучшенной подвижностью носителей заряда и равномерным распределением активных центров.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жобаны жүзеге асыру барысында NH₂-MIL-125 МОҚҚ негізіндегі фотокатализаторларды алу жағдайлары оңтайландырылды. Қаңқаның түзілуінің оңтайлы шарттары (150°C, 48 сағ, NH₂-BDC:Ti(OiPr)₄ = 2:1) анықталып, жоғары кристалдық және меншікті беті бар мезокеуекті прекурсор алуға мүмкіндік берді. Термиялық ыдырау жағдайлары белгіленді: 450°C температурада жоғары белсенді анатаздық N-TiO₂ фазасы түзіліп, реакция жылдамдығының ең жоғары мәнін көрсетті (k = 13,3·10⁻³ мин⁻¹), бұл коммерциялық анатаз TiO₂-ден 13 есе жоғары. Fe³⁺ иондары мен GO енгізу материалдардың көрінетін жарықты сіңіруін кеңейтеді, меншікті бетін 131 м²/г дейін арттырады және гетероқұрылымдар түзілуі есебінен электрондардың тасымалдануын күшейтеді. TiO₂ үшін супероксидті радикалдар O₂•⁻ басым болса, N-TiO₂ үшін – h⁺ тесіктері мен e⁻ электрондары, ал Fe–N–TiO₂ және N-TiO₂/GO жүйелері үшін терең тотығуды қамтамасыз ететін синглетті оттек ¹O₂ және •OH-радикалдары негізгі рөл атқарады. Алынған материалдар жоғары фототұрақтыққа ие: бес фотодеградация циклі өткеннен кейін белсенділіктің 90–95%-ы сақталады. Салыстырмалы талдау термолиз әдісімен алынған MIL/TiO₂ материалы газ фазасындағы толуолдың конверсиясы бойынша коммерциялық анатаз TiO₂-ден жоғары екенін көрсетті (17,3 % және 6,23 %). Мұндай тиімділіктің артуы меншікті беттің жоғары болуына, заряд тасымалдаушылардың жақсартылған қозғалғыштығына және белсенді орталықтардың біркелкі таралуына байланысты.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В ходе выполнения проекта разработаны новые фотокаталитические материалы на основе модифицированного диоксида титана, которые отличаются улучшенными структурными и эксплуатационными характеристиками. Материалы обладают развитой поверхностью, устойчивой структурой и способны эффективно работать под воздействием видимого света. С технологической точки зрения синтез фотокатализаторов не требует дефицитного сырья и может быть реализован с использованием доступных реагентов и стандартного лабораторного/пилотного оборудования. Полученные материалы могут вводиться в состав лакокрасочных покрытий и строительных материалов без существенной перестройки существующих технологических линий, что снижает потенциальные затраты при внедрении.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жобаны орындау барысында модификацияланған титан диоксиді негізінде жаңа фотокаталитикалық материалдар әзірленді, олар жақсартылған құрылымдық және пайдалану сипаттамаларымен ерекшеленеді. Материалдар дамыған бетке, тұрақты құрылымға ие және көрінетін жарықтың әсерінен тиімді жұмыс істей алады. Технологиялық тұрғыдан алғанда, фотокатализаторлардың синтезі тапшы шикізатты қажет етпейді және қол жетімді реагенттер мен стандартты зертханалық/пилоттық жабдықты қолдана отырып жүзеге асырылуы мүмкін. Алынған материалдар қолданыстағы технологиялық желілерді Елеулі қайта құрусыз лак-бояу жабындары мен құрылыс материалдарының құрамына енгізілуі мүмкін, бұл енгізу кезінде ықтимал шығындарды азайтады.

Level of implementation (in Russian) : Разработанные материалы и подходы прошли лабораторную апробацию в условиях, приближенных к реальным, для очистки воздуха от летучих органических соединений. Отработаны варианты использования фотокатализаторов в составе покрытий и элементов отделки, которые могут применяться в жилых и общественных помещениях. Сформированы практические рекомендации по выбору типа фотокатализатора, режимов освещения и параметров среды (влажность, интенсивность света) для обеспечения устойчивой работы системы очистки воздуха. Полученные результаты создают основу для дальнейшего масштабирования и внедрения технологий в строительную и отделочную отрасли, а также в систему вентиляции и кондиционирования.

Level of implementation (in Kazakh) : Әзірленген материалдар мен тәсілдер ауаны ұшпа органикалық қосылыстардан тазарту үшін нақты жағдайға жақын жағдайларда зертханалық сынақтан өтті. Тұрғын және қоғамдық үй-жайларда қолдануға болатын жабындар мен әрлеу элементтерінің құрамында фотокатализаторларды пайдалану нұсқалары пысықталды. Ауаны тазарту жүйесінің тұрақты жұмысын қамтамасыз ету үшін фотокатализатордың түрін, жарықтандыру режимдерін және қоршаған орта параметрлерін (ылғалдылық, жарық қарқындылығы) таңдау бойынша практикалық ұсыныстар жасалды. Алынған нәтижелер Құрылыс және әрлеу салаларына, сондай-ақ желдету және ауаны баптау жүйесіне технологияларды одан әрі масштабтау және енгізу үшін негіз жасайды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность выполненной работы выражается в повышении степени очистки воздуха от органических загрязнителей и снижении образования вредных побочных продуктов по сравнению с немодифицированными и коммерческими материалами. Разработанные фотокатализаторы обеспечивают более полное разложение загрязняющих веществ и сохраняют работоспособность при многократном использовании.

Efficiency (in Kazakh) : Орындалған жұмыстың тиімділігі ауаны органикалық ластаушы заттардан тазарту дәрежесінің жоғарылауымен және модификацияланбаған және коммерциялық материалдармен салыстырғанда зиянды жанама өнімдердің түзілуінің төмендеуімен көрінеді. Әзірленген фотокатализаторлар ластаушы заттардың толық ыдырауын қамтамасыз етеді және бірнеше рет қолданған кезде өнімділігін сақтайды.

Field of application (in Russian) : Фотокатализ

Field of application (in Kazakh) : Фотокатализ