AP19577049 – Синтез, характеристика и физико-химическое исследование сорбентов биомассового происхождения для очистки промышленных вод от радионуклидов

Цели проекта: (1) синтезировать активированные угли путем химической активации, допирования азотом с использованием гидротермального метода, (2) выполнить характеризацию материала и (3) проверить их применение для промышленных образцах Национального атомного центра (г.Курчатов).

Актуальность: Проблема, которую решает этот проект, заключается в растущей потребности Казахстана в очистке радиоактивных стоков в результате существующих урановых рудников (всего 129), которые выщелачивают радиоизотопы в пресную воду (например, на реке Шу, Южный Казахстан) (1); современные биомедицинские методы лечения с использованием радиоизотопов (например, ¹²⁴I и ¹³¹I) (2) в больницах; будущее внедрение атомной энергетики в стране (3) и поддержать дезактивацию полигона, на котором проводились испытания ядерного оружия (Семипалатинский испытательный полигон (СИП) и который является источником радионуклидов (¹³⁷Cs) в окружающую среду.

Научный руководитель: PhD, Кудайбергенов К.К.

Полученные результаты: В рамках НИР был выполнен полный цикл исследований по синтезу, модификации и изучению сорбентов биомассового происхождения для очистки вод от радионуклидов. Разработаны технологические протоколы получения углеродных сорбентов из растительных отходов с применением карбонизации, химической активации и функциональной модификации. Проведена комплексная физико-химическая характеристика материалов с использованием современных аналитических методов, включая XRD, SEM-EDX, BET, FTIR и TGA. Установлено, что модификация существенно повышает удельную поверхность и формирует активные центры, обеспечивающие эффективное связывание ионов Cs⁺ и I₃⁻. Экспериментальные испытания на модельных и реальных водах показали высокую степень очистки, подтверждённую в условиях загрязнённых грунтовых вод полигона «Дегелен». Разработанные сорбенты и технологии продемонстрировали высокую эффективность, воспроизводимость и перспективность для практического применения.

Список публикаций с ссылками на них

1. Кунарбекова М.С., Кудайбергенов К.К., Азат С. Сорбция радиоактивного йода на активированных углях // Материалы X Международной конференции «Семипалатинский испытательный полигон: наследие и перспективы развития научно-технического потенциала». – 2023. – С. 33.
2. Кунарбекова М., Сапаргали И., Сеймуханова Л., Кудайбергенов К., Азат С. Синтез нановолоконного композита, легированного азотными группами, из биомассы путем химической активации // Горение и плазмохимия. – 2024. – Т. 22, № 1. – С. 3–11. – DOI: https://doi.org/10.18321/cpc22(1)3-11
3. Kunarbekova M., Busquets R., Sailaukhanuly Ye., Mikhalovsky S.V., Toshtay K., Kudaibergenov K., Azat S. Carbon adsorbents for the uptake of radioactive iodine from contaminated water effluents: A systematic review // Journal of Water Process Engineering. – 2024. – Vol. 67. – Article 106174. – ISSN 2214-7144. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.106174
4. Кунарбекова М.С., Азат С. Biomass-derived carbons for the sorption of radionuclides // Сборник тезисов 2-й Международной конференции по физике высоких энергий, материаловедению и нанотехнологиям (ICHEPMS-2024), посвящённой памяти академика НАН РК Эрнста Гербертовича Бооса. – 2024. – С. 53.
5. Kunarbekova M.S., Sapargali I.O., Seimukhanova L.N., Kudaibergenov K.K., Zhantikeyev U.E., Azat S. Synthesis of nanocomposite sorbent modified with nitrogen groups from walnut and buckwheat husk biomass by chemical activation // Материалы X международной российско-казахстанской научно-практической конференции «Химические технологии функциональных материалов», посвященной 90-летию образования Казахского национального университета имени аль-Фараби. – 2024. – С. 27.
6. Кунарбекова М.С., Сапаргали И.О., Сеймуханова Л.Н., Кудайбергенов К.К., Азат С. Синтез нанокомпозитного сорбента, модифицированного азотными группами из биомассы на основе гречневой шелухи путем активации KOH // Материалы VIII Казахстанской студенческой научно-практической конференции «Химическая физика и наноматериалы», посвящённой 110-летию со дня рождения трижды Героя Социалистического Труда, академика Я.Б. Зельдовича. – 2024. – С. 129–130.
7. Кудайбергенов К.К., Азат С., Жантикеев У.Е., Кунарбекова М.С., Сапаргали И.О., Сеймуханова Л.Н. Способ получения сорбционного материала для очистки воды от радионуклидов // Полезная модель №9470. – 2024. – URL: https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/Details?docNumber=394453
8. Kunarbekova M., Busquets R., Sapargali I., Seimukhanova L., Zhantikeyev U., Kudaibergenov K., Azat S. Synthesis and Characterization of Activated Carbon From Biomass // In: Mabrouk A., Bachar A., Azat S., Amrousse R. (eds.) Innovative Materials for Industrial Applications: Synthesis, Characterization and Evaluation. – IGI Global Scientific Publishing, 2025. – Pp. 329–348. – DOI: https://doi.org/10.4018/979-8-3693-7505-1.ch011