AP19576899 — Разработка композиционных материалов на основе магнетита и 2D наноструктур и их применение для очистки и десалинизации воды

Цель проекта: Цель проекта состоит в разработке и оптимизации композиционных материалов, основанных на магнетите и 2D наноструктурах, с целью создания эффективной системы для очистки и десалинизации воды. Этот проект направлен на исследование синергетических эффектов между магнетитом и 2D наноматериалами, такими как графен, диоксид графена и другие, с целью улучшения адсорбционных и каталитических свойств материалов.

Актуальность проекта: Актуальность проекта по разработке композиционных материалов на основе магнетита и 2D наноструктур для очистки и десалинизации воды объясняется несколькими факторами. Недостаток доступной чистой воды становится все более острой проблемой в различных регионах мира из-за роста населения, изменения климата и загрязнения водных источников. С увеличением загрязнения воды и угрозой дефицита пресной воды растет спрос на инновационные технологии очистки и десалинизации, способные обеспечить безопасную питьевую воду. Композиционные материалы на основе магнетита и 2D наноструктур обещают обладать высокой эффективностью очистки воды за счет комбинации адсорбционных и каталитических свойств. Их применение может быть более экономически выгодным по сравнению с традиционными методами очистки. Таким образом, разработка и применение композиционных материалов на основе магнетита и 2D наноструктур для очистки и десалинизации воды является важным и перспективным направлением исследований, вносящим значительный вклад в решение глобальных проблем водоснабжения и обеспечения чистой питьевой воды.

Научный руководитель: Доктор Ph.D., Ассоциированный профессор, Лесбаев Айдос Бакытжанович

Полученные результаты: В рамках проекта были синтезированы наночастицы магнетита различными методами и исследованы их структурно-морфологические характеристики. Получены активированный уголь из рисовой шелухи и композиционные материалы на его основе с использованием магнетита и MXene. Разработаны и оптимизированы методы получения композитов Fe₃O₄/АУ, Fe₃O₄/MXene и их функционализированных аналогов с высокой удельной поверхностью и развитой пористой структурой. Проведены комплексные исследования адсорбционных свойств материалов по отношению к ионам тяжелых металлов и установлены оптимальные условия их эффективного удаления. Дополнительно изучены процессы десалинизации водных растворов и установлены механизмы переноса ионов и сорбции. Полученные результаты подтверждают эффективность разработанных композитов для очистки и обработки воды.

Список публикаций с ссылками на них

1. Imash A., Kaidar B., Lesbayev A., Taurbekov A., Smagulova G. Preparation of 2D nanocomposites based on nanomagnetite Fe₃O₄ and activated carbon // XIV International Symposium on Combustion and Plasma Chemistry: Physics and Chemistry of Carbon and Nanopowder Materials. – Almaty: Publishing Center KBTU, 2023. – P. 102–103.
2. Keneshbekova A., Smagulova G., Kaidar B., Imash A., Ilyanov A., Kazhdanbekov R., Lesbayev A. MXene/carbon nanocomposites for water treatment // Membranes. – 2024. – Vol. 14, No. 9. – P. 184. https://doi.org/10.3390/membranes14090184
3. Кенешбекова А., Қайдар Б., Имаш А., Ильянов А., Енсеп Э., Кажданбеков Р., Смагулова Г. Морфологические и структурные различия наночастиц магнетита, синтезированных методом жидкофазного горения при использовании различных топлив // Горение и плазмохимия. – 2024. – Т. 22, № 3. – С. 231–239. https://doi.org/10.18321/cpc22(3)231-239
4. Imash A., Kaidar B., Keneshbekova A., Smagulova G., Lesbayev A. Morphological features of Fe₃O₄ nanoparticles obtained by solution combustion // Non-Linear Phenomena and Dynamics of Flame Propagation. – 2024. – 23–27 September 2024, Borovoe National Nature Park, Kazakhstan.
5. Smagulova G., Keneshbekova A., Kaidar B., Imash A., Lesbayev A. Development and characterization of nanocomposites based on magnetite, MXene, and activated carbon for the adsorption of Pb ions from aqueous solutions // Conference on Research and Innovations in Science and Technology of Materials: Abstracts. – Paris (France), 2024.
6. Imash A. A., Smagulova G. T., Keneshbekova A. M., Kaidar B. B., Lesbayev A. B. Design and study of magnetite, MXene, and activated carbon-based nanocomposites for enhanced lead ion removal from water solutions // 7th International Conference on Materials and Reliability (ICMR-2024). – Busan (Korea), 2024. – Pp. 1–5.
7. Патент на полезную модель № 11331 Республики Казахстан, МПК B01J 20/30. Способ получения композиционного сорбента на основе MXene/Fe₃O₄ / Смагулова Г. Т., Имаш Ә. А., Балтабай А. С., Лесбаев А. Б., Кенешбекова А. М., Коротнева М. Д. – Опубл. 17.07.2026; Бюлл. №27.
8. Smagulova G., Imash A., Baltabay A., Keneshbekova A., Abdisattar A., Kazhdanbekov R., Lesbayev A., Mansurov Z. Mechanistic evaluation of Pb(II) adsorption on magnetic activated carbon/Fe₃O₄ composites: influence of hydrothermal and ultrasonic synthesis routes // Carbon Research. – 2025. – Vol. 11, No. 4. – P. 83. https://doi.org/10.3390/c11040083