The object of research, development or design (in Russian) : Наночастицы TiO2, легированные ионами Fe3+.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Fe3+ иондарымен легирленген TiO2 нанобөлшектері

Aim of work (in Russian) : Разработать полупроводниковые материалы на основе нанопорошков TiO2, работающих в видимой области света, полученных путем прокаливания легированных металл-органических каркасов MIL-125.

Aim of work (in Kazakh) : MIL-125 легирленген металл-органикалық каркастарды күйдіру арқылы алынған жарықтың көрінетін аймағында жұмыс істейтін TiO2 наноұнтақтары негізінде жартылай өткізгіш материалдарды әзірлеу.

Методы исследования (на русском) : • Рентген фазовый анализ будет использоваться для определения образования кристаллической структуры MIL-125 и влияния температуры прокаливания на фазовый состав прокаленных TiO2, в которых при температурах около 500оС появляется постепенный фазовый переход с анатаза к рутилу. • ИК-спектроскопия применяется для определения образования металл-органического каркаса путем колебательных спектров функциональных групп соединительных агентов между кластерами титана, в которых присутствуют функциональные группы ароматических колец C = C, C – H, O – H и C = O группы. • Сканирующая электронная микроскопия так же позволяет определить морфологию и микроструктуру кристаллов MIL-125 по снимкам микрофотографии, формы кристаллов различаются в зависимости от концентраций исходных реагентов в смеси растворителя. Полученная структура сильно влияет на адсорбционные свойства, увеличивающие активные центры фотокатализатора.

Методы исследования (на казахском) : * Рентгендік фазалық анализ MIL-125 кристалды құрылымының түзілуін анықтау және прокалка температурасының күйдірілген TiO2 фазалық құрамына әсерін зерттеу үшін қолданылады, онда шамамен 500°С-та анатаздан рутилге біртіндеп фазалық өтпелер байқалады. * ИҚ-спектроскопия металл-органикалық каркастың түзілуін анықтау үшін қолданылады, мұнда титанды кластерлер арасындағы байланыс агенттерінің функционалдық топтарының тербеліс спектрлері зерттеледі; спектрде ароматтық сақиналардың C=C, C–H, O–H және C=O топтары байқалады. * Сканирлеуші электрондық микроскопия (СЭМ) MIL-125 кристалдарының морфологиясы мен микрокұрылымын микрофотосуреттер арқылы анықтауға мүмкіндік береді; кристалдардың пішіні бастапқы реагенттердің ерітіндідегі концентрациясына байланысты әртүрлі болады. Алынған құрылым фотокатализатордың белсенді орталарын көбейтіп, адсорбциялық қасиеттерге күшті әсер етеді.

Obtained results and novelty (in Russian) : - Получены МОКСы при варьировании соотношений H-BDC/NH2-BDC и Ti-изопропоксида и времени синтеза. Установлено, что выдержка 48 ч при 150 °C обеспечивает максимальный выход; дальнейшее увеличение длительности эффекта не дает. После прокаливания (450оC, 2 ч) выявлено, что смесь NH2-MIL-125/TiO2 обладает наилучшей фотокаталитической активностью и высокими адсорбционными свойствами. -Проведено прокаливание серий MIL-125 и NH2-MIL-125. Оптимальными условиями установлены 450°C, 2 ч и скорость нагрева 10°C/мин. Образцы полученные из NH2-MIL-125 (protocol) обеспечивают наибольшую фотодеградацию Orange II. Для NH2-MIL-125 (2/1) получено ~60% N-TiO2. Для N-TiO2, прокалённого при 400-550°C, разложение ципрофлоксацина составило 43-23%, превосходя анатаз, который разложил на 20%. -Результаты РФА показали, что NH2-MIL-125 (2/1) до прокаливания соответствует расчётным пикам каркаса. При 400°C формируются широкие пики анатаза; с 450°C и выше они сужаются и появляются пики рутила. А на дифрактограммах NH2-MIL-125 при 450°C рутил не образуется. ИК-спектры NH2-MIL-125 и NH2-MIL-125 (2/1) подтверждают одинаковые функциональные группы. СЭМ выявил в образцах NH2-MIL-125 (2/1) октаэдрические монокристаллы; после прокаливания сохраняются их фрагменты и формируются агломераты.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : - H-BDC/NH2-BDC мен Ti-изопропоксидтің қатынастарын және синтез ұзақтығын өзгерту арқылы МОҚҚ үлгілері алынды. 150°C-та 48 сағат ұстау ең жоғары шығым қамтамасыз ететіні, ал әрі қарай ұзартудың әсер бермейтіні анықталды. 450°C-та 2 сағаттық күйжіруден кейін NH2-MIL-125/TiO2 қоспасы ең жоғары фотокаталитикалық белсенділік пен адсорбциялық қасиеттер көрсететіні анықталды. -MIL-125 және NH2-MIL-125 үлгілері күйдірілді. Оңтайлы шарттар 450°C, 2 сағат және қыздыру жылдамдығы 10°C/мин екені анықталды. NH2-MIL-125 (protocol) алынған үлгілер Orange II фотодеградациясының ең жоғары дәрежесін көрсетті. NH2-MIL-125 (2/1) үшін шамамен 60% N-TiO2 алынды. 400-550°C-та күйдірілген N-TiO2 үлгілері ципрофлоксацинді 43-23% ыдыратты, бұл анатаздың 20% көрсеткішінен әлдеқайда жоғары. -РФА нәтижелері бойынша NH2-MIL-125 (2/1) күйдіргенге дейін есептелген МОҚ шыңдарына толық сәйкес келеді. 400°C-та анатаздың кең шыңдары түзіліп, 450°C-тан бастап және одан жоғары температураларда олар тарылады және рутил шыңдары пайда болады. Ал NH2-MIL-125 үлгісінде 450°C-та рутил түзілмейді. NH2-MIL-125 және NH2-MIL-125 (2/1) ИҚ-спектрлері бірдей функционалдық топтардың барын көрсетті. СЭМ зерттеуі NH2-MIL-125 (2/1) үлгілерінде октаэдр пішінді монокристалдарды анықтады; күйдіргеннен кейін олардың бір бөлігі сақталып, агломераттар түзіледі.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В ходе работы были получены фотокатализаторы на основе TiO₂, активные в видимом диапазоне света. В отличие от обычного TiO₂, который работает только в ультрафиолетовом диапазоне, новые материалы позволяют использовать солнечное и искусственное видимое освещение, что значительно снижает энергозатраты на фотокаталитические процессы. Такие фотокатализаторы обладают высокой активностью и стабильностью, что делает их экономически эффективными для применения в очистке воды и воздуха, а также для фотохимического получения водорода.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жұмыс барысында TiO2 негізіндегі фотокатализаторлар алынды, олар көрінетін жарық диапазонында белсенді. Қарапайым TiO2 тек ультракүлгін сәуле әсерінде жұмыс істейтін болса, жаңа материалдар күн сәулесі мен жасанды көрінетін жарықты пайдалануға мүмкіндік береді, бұл фотокаталитикалық процестердің энергия шығынын едәуір азайтады. Мұндай фотокатализаторлар жоғары белсенділікке және тұрақтылыққа ие болып, суды және ауаны тазалауда, сондай-ақ фотохимиялық жолмен сутегін алуда экономикалық тиімді болып табылады.

Level of implementation (in Russian) :

Level of implementation (in Kazakh) :

Efficiency (in Russian) : Эффективность проекта подтверждена установлением взаимосвязи между температурой прокаливания, структурой образующихся нанопорошков и их фотокаталитической активностью. Также определены оптимальные условия синтеза MIL-125 и NH₂-MIL-125, обеспечивающие получение прекурсоров для создания TiO₂, активного в видимой области света.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның тиімділігі күйдіру температурасы, алынған наноқұрылымдардың құрылымы және олардың фотокаталитикалық белсенділігі арасындағы өзара байланысты анықтаумен дәлелденді. Сонымен қатар MIL-125 және NH₂-MIL-125 синтезінің оңтайлы шарттары белгіленіп, көрінетін жарықта белсенді TiO₂ нанобөлшектерін алуға мүмкіндік берді.

Field of application (in Russian) : полученные фотокатализаторы на основе TiO2 могут быть применены в различных отраслях промышленности и энергетики, что приведет к улучшению экологической ситуации и повышению технологических процессов. Помимо применения для очистки воды и воздуха, полученные фотокатализаторы при успешной реализации проекта могут быть использованы для получения водорода путем расщепления воды под воздействием видимого света.

Field of application (in Kazakh) : TiO2 негізіндегі алынған фотокатализаторлар өнеркәсіптің және энергетиканың әртүрлі салаларында қолданылуы мүмкін, бұл экологиялық жағдайды жақсартуға және технологиялық процестердің тиімділігін арттыруға әкеледі. Су мен ауаны тазалау үшін қолданудан басқа, жобаны сәтті іске асырған жағдайда алынған фотокатализаторлар көрінетін жарық әсерінен суды бөлшектеу арқылы сутегін алу үшін де пайдаланылуы мүмкін.