AP26101911 – Дефекты вакансий в MXene: их изучение и применение для получения MXene/криогель гибридного фильтра с улучшенными сорбционными способностями для очистки воды

Цель – Целью проекта является фабрикация гибридных фильтров для очистки воды от ионов тяжелых металлов и других загрязнителей. Для получения гибридных фильтров из MXene/криогель композитов будут разработаны методики получения MXene с дефектами вакансий на поверхности MXene для увеличения сорбционных мест, а также синтезированы макропористые полимеры с взаимодополняющими характеристиками.

Актуальность: Актуальность проекта обусловлена острой проблемой загрязнения воды токсичными ионами тяжелых металлов, что угрожает здоровью более 2 млрд человек в мире, включая Казахстан, где более 100 водоемов превышают допустимые концентрации. Существующие методы очистки воды недостаточно эффективны, поэтому разработка новых материалов и фильтров имеет большое значение. Исследование MXene с дефектными вакансиями как адсорбента тяжелых металлов и создание на их основе гибридных фильтров с макропористыми криогелями представляет собой инновационное направление, способное повысить эффективность очистки воды и снизить экологические риски.

Научный руководитель: Байменов Альжан Жулдасович, PhD in Science, Engineering and Technology, ассоциированный профессор в химии

Ожидаемые и достигнутые результаты:

Ожидаемыми результатами проекта станет получение адсорбента на основе MXene, полностью охарактеризованного современными физико-химическими методами анализа, с развитой пористой структурой, механической прочностью и наличием различных функциональных групп, эффективно удаляющего ионы тяжелых металлов и других загрязнителей из различных вод. Детальная разработка методологий синтеза дефектных MXene, полная характеризацияи проведение экспериментов с соблюдением всех этических норм позволит повысить профессиональный уровень научно-технического потенциала, молодых ученых, в том числе бакалавров и магистров, которых планируется привлечь к участию в проекте, а также повысит конкурентоспособность Satbayev University как ведущего научно-исследовательского центра на национальном и мировом уровне. Сотрудничество с ведущими учеными зарубежных университетов и научных центров позволит расширить имеющийся научный задел в области композитных материалов и получения новых материалов. Международный обмен позволит молодым ученым получить новые знания и навыки в области передовых методов проектирования и определения характеристик материалов.

Полученные результаты показывают, что при увеличении времени травления и соотношения кислот к МАХ фазе, можно добиться контролируемого дефектобразования. Синтезированнеы образцы были протестированы на предмет удаления ионов меди из модельных расторов и из многокомпонентной смеси. Было выявлено, что MXene с дефектами могут удалять более чем в два раза больше и быстрее ионы меди, чем MXene, полученные стандартным методом. Был изучен механизм адсорбции, кторый показал, что дефектные MXene удаляют ионы меди постредстом комплексообразования и хелатирования.