В лаборатории функциональных органических и гибридных материалов МФТИ завершен первый этап работ по созданию инновационных материалов нового поколения с улучшенными характеристиками на основе полиэлектролитов с высокой плотностью отрицательного заряда, имеющими потенциал для применения в высокотехнологичных процессах очистки и выделения металлов.
Исследуемые полианионы на основе поли(триметилен-дикарбоксилатов) обладают большим потенциалом в качестве материалов для удаления ионов натрия из морской воды и производства питьевой воды, для производства ультрачистой воды в аналитических лабораториях, для переработки элементов оптоэлектроники, содержащие дорогие и зачастую токсичные редкоземельные металлы.
Результаты проведенных научных исследований окажут влияние на научную и технологическую базу для дальнейшего создания отечественной технологии производства инновационных материалов: полианионов с высокой плотностью отрицательного заряда и высокой селективностью по отношению к ионам щелочных металлов, имеющих большие перспективы для создания экологичных и эффективных способов опреснения морской воды, очистки сточных вод и выделения редких металлов.
Разрабатываемые в данном проекте новые полиэлектролиты на основе поли(триметилен-дикарбоксилата) имеют существенно более высокую плотность электростатических зарядов на единицу контурной длины полимера. Помимо этого, они обладают высокой селективностью по отношению к ионам щелочных металлов, растворимость меняется по характеру щелочного катиона в следующем порядке: Li+ > K+ > Na+. Благодаря этому полиэлектролиты на основе поли(триметилен-дикарбоксилата) обладают существенно большей эффективностью в процессах обессоливания воды и выделения ионов щелочных металлов, что делает их использование более экологичным и не требующим больших энергозатрат.
Проводимые в рамках данного проекта исследования также имеют высокую социальную значимость, позволяют расширить интернациональное взаимодействие научных участников России и Франции и проводить мероприятия по популяризации полученных результатов.
В результате работ по проекту будут созданы многокомпонентные фильтры для обессоливания воды, не требующие дополнительного источника энергии. Ожидается их востребованность на рынке, благодаря низкой себестоимости и высокой эффективности данной продукции по сравнению с имеющимися на сегодняшний день аналогами.
Исследования выполнены в рамках проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 12 февраля 2018 года № 14.587.21.0052 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы». Проект выполняется в коллаборации с иностранным партнером – Институтом химии и материалов, НЦНИ, Университет Париж-Восток.
Во время первого этапа проекта, который длился с 12 февраля по 31 декабря 2018 г., были выполнены следующие работы:
-
был синтезирован новый класс полианионов на основе поли(триметилен-дикарбоксилата);
-
проведены испытания их физико-химических свойств и исследования термической стабильности;
-
проведены патентные исследования;
-
проведена сравнительная оценка методов связывания ионов металлов щелочной группы и анализ структуры полианионов на основе поли(триметилен-дикарбоксилатов) с модельными полиметакриловыми и полиметилметакриловыми кислотами;
-
была разработана методика исследования структуры и пористости экспериментальных образцов нанопористых мембран на основе полистирола и полианионов.
Проведенный анализ современного уровня развития в данной области позволяет говорить об эффективности, высокой селективности и экологичности исследуемого в данном проекте нового класса полиэлектролитов на основе поли(триметинлен-дикарбоксилата).
Иностранным партнером был проведен синтез экспериментальных образцов селективных полианионов на основе гомополимеров поли(триметилен-дикарбоксилатов) и блок-сополимеров поли(триметилен-дикарбоксилата) и полистирола. Полученные образцы обладают характеристиками, соответствующими требованиям технического задания. Также были синтезированы наночастицы оксида цинка для изучения фотокаталитических реакций и проведены исследования их физико-химических свойств.
Индустриальным партнером были закуплены реактивы и материалы для проведения сравнительного анализа физико-химических свойств исследуемых образцов.
Поставленные задачи первого этапа ПНИ выполнены полностью.
