«8D05306 - Химия» мамандығы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Муслимова Индира Базарбаевна диссертациясын қорғауы
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Муслимова Индира Базарбаевна «8D05306 – Химия» мамандығы бойынша «Су-май қоспаларын бөлуде арналған полиэтилентерефталатты тректі мембраналарды модификациялау әдістерін әзірлеу» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Химия» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Рецензенттер:
Тажбаев Еркеблан Муратович
Кливенко Алексей Николаевич
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Ирмухаметова Галия Серикбаевна
Искаков Ринат Маратович
Джумадилов Талкыбек Кожатаевич
Берилло Дмитрий Александрович
Зазыбин Алексей Георгиевич
Нечаев Александр Николаевич
Ғылыми кеңесшілер:
Қорғау 2023 жылғы 27 қазан, сағат 15:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D05306 – Химия» мамандығы бойынша «8D05 – Жаратылыстану ғылымдары, математика және статистика» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі онлайн форматта өткізіледі деп жоспарлануда.
Сілтемесі: https://clck.ru/35jKGZ
Мекен-жайы: https://clck.ru/35jKGZ
Аңдатпа (қаз.): 8D05306 – Химия білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) ғылыми дәрежесіне ұсынылған Индира Базарбаевна Муслимованың «Су-май қоспаларын бөлуде арналған полиэтилентерефталатты тректі мембраналарды модификациялау әдістерін әзірлеу" тақырыбындағы диссертациялық жұмысына АҢДАТПА Диссертациялық зерттеудің жалпы сипаттамасы. Диссертациялық жұмыс сулы-майлы қоспаларын бөлуде қолдану мақсатында гидрофобты және стимул сезімтал мембраналарды алу үшін әртүрлі химиялық сипаттағы мономерлердің поликонденсациялану және егу полимерлену реакцияларына негізделген әдістермен полиэтилентерефталат негізіндегі трек мембраналарының (ПЭТФ ТМ) бетін өзгертуге арналған. Диссертациялық жұмыс докторанттың ҚР Білім және ғылым министрінің 30.04.2020 жылғы № 170 Бұйрығымен өзгерістер енгізілген Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрінің 2011 жылғы 31 наурыздағы № 127 (нормативтік құқықтық актілерді мемлекеттік тіркеу тізілімінде № 6951 болып тіркелген) бұйрығымен бекітілген дәрежелерді беру қағидаларының 5-1 тармақтарына және ҚР Ғылым және жоғары білім министрінің м. а. 09.01.2023 жылғы № 7 өзгертулері енгізілген ҚР Білім және ғылым министрінің 09.03.2021 жылғы №98 бұйрығының талаптарына сәйкес жариялаған мақалалар сериясы түрінде берілген. Жұмыстың өзектілігі. Судың әртүрлі органикалық еріткіштермен, заттармен ластануы жаһандық экологиялық мәселе болып табылады. Осы себепті сулы-майлы эмульсияларды бөлудің тиімді әдістерін табу қажет. Мұнай өнімдері ластағыштарының 75%-дан астамы қолданыстағы технологиялардың ақауларына байланысты "штаттық" апатсыз жағдайларда гидросфераға түседі. Мұнай-химия өнеркәсібі, металлургия, машина жасау кәсіпорындарының өндірістік ағындарынан басқа, жолдар мен автокөлік кәсіпорындарының, автожанармай құю станцияларының, автожуу орындарының және басқа да қалалық шаруашылық қызметтерінің аумақтарынан ластанушы заттарды жинақтайтын нөсер ағындары да су тоғандарын ластау көзі болып табылады. Сонымен қатар, қайта пайдалану үшін пайдаланылған майларды, әртүрлі органикалық еріткіштерді судан тазарту мәселесі бар. Осы мақсаттар үшін флотация, коагуляция, экстракция, биоыдырау және мембраналық технологиялар сияқты әртүрлі әдістерді қолдануға болады. Бұл саладағы ең перспективті технологиялардың бірі - мембраналық бөлу. Sciencedirect дерекқорынан іздеген кезде "oil-water separation" сұранысы бойынша жарияланымдардың жалпы саны тек 2022 жыл үшін ғана 25237 құжатты құрайды, 2023 жылдың ағымдағы кезеңінде құжаттар саны 23090-ға жетті, жыл сайынғы жарияланымдар біртіндеп артуда. Бұл аталған саладағы өсіп келе жатқан қызығушылық пен қарқынды дамудың көрсеткіші. Қазіргі зерттеулер мембраналардың қасиеттерін оңтайландыруға және олардың тиімділігін арттырудың жаңа әдістерін әзірлеуге бағытталған. Көптеген жұмыстар сулы-майлы эмульсияларды бөлу үшін гидрофобты мембраналарды, сондай-ақ стимул сезімтал мембраналарды қолдануға арналған. Ішіндегі ең танымалы - 4-винилпиридин, акрил қышқылы, метакрил қышқылы сияқты рН-сезімтал полимерлер. Әдетте, құрылымында рН-ға жауап беретін, яғни рН ортасы өзгерген кезде протондарды қабылдауға немесе беруге қабілетті пиридин, карбоксил және үшінші амин топтары сияқты типтік функционалды топтары бар полимерлер қолданылады. Стимул сезімтал полимерлерді пайдалануға арналған ең танымал материалдар - наноталшықты және полоталшықты мембраналар, електер, графен көбігі, кеуекті анод алюминий оксиді, және басқа да материалдар. Сонымен қатар, сулы-майлы эмульсияларды бөлуде ТМ пайдалану бойынша жұмыстар жоқтың қасы және осы мақсатта стимул сезімтал ТМ пайдалану бойынша жұмыстар мүлдем жоқ. Ал, жеделдетілген ауыр иондармен сәулелендіру арқылы полимерлі пленкалардан алынған ТМ бірегей қасиеттерге ие, мысалы, кеуектердің көлемі бойынша тар орналасуы, кішкентай қалыңдық және бір шаршы сантиметрге белгіленген кеуектер саны, сондай-ақ мұндай мембраналар жоғары бөліну іріктелгіштігімен ерекшеленеді. Осыған байланысты мембраналардың осы түрлерін модель ретінде қолдану мембраналық технологияларды дамыту саласында өзекті болып табылады деп санаймыз. Диссертациялық зерттеу бетті модификациялау әдістерін, сондай-ақ кеуектердің көлемі бойынша тар орналасуы және кішкентай қалыңдығы сияқты бірқатар артықшылықтарға ие Қазақстанда шығарылатын трек мембраналарының көмегімен тікелей және кері модельді сулы-майлы эмульсияларды бөлудің тиімді әдістерін әзерлеуге арналған. Бөлу тиімділігіне оларды трек мембраналарының гидрофильді-гидрофобты қасиеттерін бақылай отырып өзгеруіне әкелетін модификациялаудың әртүрлі әдістерін қолдану арқылы қол жеткізіледі. Зерттеу нысандары. Кеуектер флюенсі 1·108 және 1,5·106 ион/см2 және номиналды қалыңдығы 12-23 мкм болып табылатын, ДЦ-60 ауыр иондарының үдеткішінде энергиясы 1,75 МэВ/нуклон болатын 84Kr15+ үдетілген иондармен сәулелену арқылы алынған ПЭТФ пленкалары (Астана қ.). Диссертациялық зерттеудің мақсаты. Бұл жұмыстың мақсаты су-мұнай қоспаларын бөлуде пайдалану үшін көрсетілген гидрофильді-гидрофобты қасиеттері бар мембраналарды алу әдістерін әзірлеу және модификация шарттарына байланысты тректі мембраналар бетінің физика-химиялық қасиеттерінің өзгеру заңдылықтарын зерттеу. Диссертациялық зерттеудің міндеттері. Диссертациялық жұмысты орындау барысында келесі міндеттер қойылды және шешілді: 1. Трихлороктилсиланның поликонденсациялаумен ПЭТФ ТМ гидрофобизациясы; 2. ПЭТФ тректі мембранаға стеарилметакрилаттың фотоинициирленген екпелі полимерленуімен гидрофобизациялау; 3. ПЭТФ тректі мембранаға стирол мен 4-винилпиридинді фото-иницирленген екпелі RAFT блок-сополимерлеумен pH-сезімтал мембраналарды алу; 4. Модификация реакциясын жүргізу шарттарына тәуелді ПЭТФ тректі мембраналардың физика-химиялық қасиеттерінің (егу дәрежесі, сулану бұрышы (СБ), кеуек диаметрі, беріктігі) өзгеру заңдылықтарын зерттеу және анықтау; 5. Модификациялауға дейінгі және кейінгі мембраналарды инструменталды физика-химиялық талдау әдістері кешенімен сипаттау; 6. Сулы-майлы қоспаларды бөлудегі модификацияланған трек мембраналарын тікелей және кері модельді сулы-майлы эмульсияларының мысалында сынау (органикалық компонент ретінде хлороформ, цетан, гексан, циклогександы қолдану). Зерттеу әдістері. Алынған үлгілер ИҚ-, ультракүлгін спектроскопиямен, сканерлеуші электронды және атомдық күш микроскопиясымен, жатқан тамшы әдісімен, энергия дисперсиялық рентгендік талдаумен, газ өткізгіштік әдісімен және т.б. әдістермен зерттелді. Нәтижелердің дәлдігі мен сенімділігін бағалау үшін Стьюдент сенімділік аралығын, стандартты ауытқуды және өлшеу қателіктерін есептеудің статистикалық әдістері қолданылады. Стьюдент сенімділік аралығымен нәтижелердің үш нүктеде қайталануы 95% ықтималдықпен қол жеткізіледі. Стандартты ауытқу және өлшеу қателігі 10% - дан аспайды. Зерттеудің ғылыми жаңалығы. Диссертациялық зерттеудің ғылыми жаңалығы келесідей: - Алғаш рет трихлороктилсиланды мембрана бетіне поликонденсациялау арқылы ПЭТФ ТМ гидрофобтаудың нәтижелері ұсынылды. О-ксилолдағы трихлороктилсилан концентрациясын және реакция уақытын оңтайландыру жүргізілді. Алынған гидрофобты ПЭТФ TM хлороформ-су және цетан-су модельді сулы-майлы эмульсияларды бөлу кезінде сыналды. - Алғаш рет гидрофобтылықты арттыру мақсатында кеуек диаметрлері әртүрлі ПЭТФ ТМ бетіне стеарилметакрилатты фото-иницирленген екпелі полимерлеу әдісі арқылы модификациялау шарттары зерттелді. Кеуек құрылымының ең аз өзгерістерімен судың ең үлкен жанасу бұрышына әкелетін оңтайлы жағдайлар (мономер концентрациясы және ультракүлгін сәулелену уақыты) анықталды. Гидрофобталған ПЭТФ ТМ мұнай-су эмульсияларының моделі ретінде цетан-су және хлороформ-су модельдік жүйелерін бөлуде сыналды. - Алғаш рет стирол мен 4-винилпиридинді ПЭТФ ТМ-ге фото-иницирленген егу RAFT блок-сополимерлеу процесі зерттелді. pH ортасы өзгерген кезде мембраналар бетінің гидрофильді-гидрофобты қасиеттерінің өзгеруіне қол жеткізілетін реакция параметрлері анықталды. - Алынған pН-сезімтал ПЭТФ ТМ-g-ПС-g-ПМАК алғаш рет тікелей және кері модельді сулы-майлы цетан-су, гексан-су және циклогексан-су эмульсияларын бөлуде сыналған. Алғаш рет ПЭТФ ТМ-де стирол мен 4-винилпиридиннің RAFT блокты сополимерленуінің фотоиницирленген екпелі процесі зерттелді. Оңтайлы реакция жағдайлары белгіленді (концентрация, ультракүлгін сәулелену уақыты және RAFT-агент: инициатор), бұл жағдайда ортаның рН-на тәуелді мембрана бетінің гидрофильді-гидрофобты қасиеттерінің өзгеруіне қол жеткізіледі. Алынған рН-сезімтал ПЭТФ ТМ-g-полистирол-g-поли-4- винилпиридин модельді су-май эмульсиялары ретінде цетан-су, гексан-су және циклогексан-суды тура және кері бөлуде алғаш рет сынақтан өткізілді. Қорғауға шығарылатын ғылыми нәтижелер: 1. Хлороформ-су және цетан-су эмульсиясын 99% тиімділікпен және 1100 л/сағ×м2 өнімділікпен бөлуге 24 сағат ішінде 15 мМ концентрациясы бар трихлороктилсиланды поликонденсациялау әдісімен ПЭТФ ТМ (СБ 99±3o) гидрофобтау арқылы қол жеткізіледі. 2. Cтеарилметакрилатты ПЭТФ ТМ бетінде фотоиницирленген екпелі полимерлеуі (мономер концентрациясы 5%, ультракүлгін сәулелену уақыты 60 мин) мембрананың гидрофобталуына әкеледі (СБ 109º). Бұл хлороформ-су және цетан-су эмульсияларын өнімділігі 4000 л/сағ×м2 (900 мбар) және 2100 л/сағ×м2 (600 мбар) сәйкесінше, бөлу тиімділігі 97-99% құрайтындай тиімді бөлуге мүмкіндік береді. 3. Мономер концентрациясы - 2 көл.%, RAFT-агент: инициатор = 1:10 молярлық қатынасы және егу уақыты 60 мин болған кезде стиролдың ПЭТФ тректі мембранаға екпелі RAFT-полимерленуі мембрананың тиімді гидрофобталуына әкеледі (СБ 97±3º). 4. Поли-4-винилпиридин-g-полистирол блок-сополимерлерін алу үшін 4-винилпиридинді ПЭТФ ТМ-g-полистиролға екпелі RAFT-полимерлеумен (мономер концентрациясы - 2 көл.%, RAFT:инициатор = 1: 10 агентінің молярлық қатынасы және егу уақыты 45 мин) рН-сезімтал ПЭТФ тректі мембрана алынды (pH=7-9 болғанда мембрананың бетінің СБ 95º, pH=2 болғанда мембрана бетінің СБ 58º болады). 5. ПЭТФ ТМ-g-полистирол-g-поли-4-винилпиридин мембраналары арқылы цетан-су, гексан-су және циклогексан-су модельді сулы-майлы эмульсияларды 95-99% тиімділікпен тікелей және кері бөлуге, ерітіндінің pH ортасын өзгерте отырып қол жеткізіледі. Нәтижелердің теориялық маңыздылығы. Осы диссертациялық зерттеу су-май қоспаларын тиімді бөлу үшін ПЭТФ ТМ модификациялау әдістерін әзірлеу саласындағы білімді дамытуға, трихлороктилсилан, стеарилметакрилат, стирол және 4-винилпиридиннің поликонденсация және полимерлену реакцияларын қолдана, әдістері мен технологиялық параметрлері туралы түсінікті кеңейтуге ықпал етеді, бұл көрсетілген гидрофобты-гидрофильді қасиеттері бар мембраналарды жасауға мүмкіндік береді. Зерттеу нәтижелері осы саланы одан әрі зерттеу және дамыту үшін негіз бола алады. Нәтижелердің практикалық маңыздылығы. Зертеулердің нәтижелері практикалық қолданыста сулы-майлы эмульсияларды 95-99% жоғары тиімділікпен бөлу әлеуетіне ие. Мысалы, мұнай өңдеу, металлургия, машина жасау және басқа да көптеген салаларда эмульсияларды тиімді бөлу өндіріс сапасын жақсартуға, суды қайта пайдалану кезінде қоршаған ортаның ластануын азайтуға мүмкіндік береді. №7839 "Тура және кері эмульсияларды бөлу үшін қолданылатын трек мембраналарын модификациялау тәсілі" пайдалы моделіне патент алынды. Докторанттың жеке үлесі жұмыстың іс-тәжірибелік бөлігін жоспарлау, тікелей орындау, алынған мәліметтерді өңдеу және түсіндіруде болады. СЭМ, АСМ әдістерімен модификацияланған мембраналардың бетін зерттеу нәтижелері трек мембраналарының технологиялық зертханасының, Қазақстан Республикасы Энергетика министрлігі Ядролық физика институтының Астана филиалының қатты дене физикасы зертханасының және "Беларусь Ұлттық Ғылым академиясының А. В. Лыков атындағы жылу және масса алмасу институты" мемлекеттік ғылыми мекемесінің нанопроцестер және технологиялар зертханасының қызметкерлерімен бірлесіп талқыланды. Алынған нәтижелер ғылыми жетекшілермен және шетелдік кеңесшімен бірлесіп талқыланды. Докторанттың әр жарияланымды дайындауға қосқан үлесінің сипаттамасы. Докторант диссертациялық зерттеу тақырыбы бойынша жалпы 7 ғылыми жұмыс жариялады, оның үшеуі Clarivate Analytics компаниясының Journal Citation Reports мәліметтері бойынша импакт-факторы бірінші және екінші квартильге кіретін журналдарда жарияланды. "Stimuli-responsive track-etched membranes for separation of water-oil emulsions" (2023, ИФ - 4.562, Q2, 1 цит.) мақаласында докторант бірінші автор және корреспонденция авторы болып табылады. Осы жарияланымды дайындау кезінде докторант мақала жазуға, зерттеуді жоспарлауға және жүргізуге, стирол мен 4-винилпиридинді ПЭТФ ТМ-ге егу RAFT блок-сополимерлеудің іс-тәжірибелік деректерін валидациялауға, өңдеуге және түсіндіруге және алынған мембраналарды сулы-майлы қоспаларды бөлуде сынауға негізгі үлес қосты. №7839 "Тура және кері эмульсияларды бөлу үшін қолданылатын трек мембраналарын модификациялау тәсілі" пайдалы моделіне патент алуға өтінімді дайындады. Рецензияланған "Polymers" журналында жарияланған "Graft Polymerization of Stearyl Methacrylate on PET Track-Etched Membranes for Oil–Water Separation" (2022 ж., ИФ - 4.967, Q1, 5 цит.) мақаласын жариялауға дайындық кезінде докторант стеарилметакрилатты ПЭТФ ТМ бетіне фотоиницирленген екпелі полимерлеуге, сонымен қатар мақала жазуға тікелей қатысты. Докторант "Membranes" журналына "Preparation of hydrophobic PET track-etched membranes for separation of oil–water emulsion" (2021 ж., ИФ -4.562, Q2, 12 цит.) және "Л. Н.Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы Химия. География. Экология Сериясы (2021)" отандық журналына "Сулы-майлы қоспаларды бөлуге арналған ПЭТФ трек мембраналарды трихлороктилсиланмен гидрофобтау" мақаласын жариялауға дайындық кезінде трихлороктилсиланды поликонденсациялау әдісімен ПЭТФ ТМ модификациясы бойынша эксперименттік деректер жинап, іс-тәжірибе жүргізді. Докторант «Модификация трековых мембран на основе ПЭТФ УФ-прививочной блок-сополимеризацией стирола и 4-винилпиридина» (Пермь, Ресей, 2021) және "Preparation of stimuli-responsive track-etched membranes for separation of water-oil emulsions" (Нара, Жапония, 2022) баяндамаларын халықаралық деңгейдегі конференцияларда ұсынған. Жұмыстың ғылыми-зерттеу бағдарламаларымен байланысы. Жұмыс Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым министрлігінің гранттық қаржыландырудың ғылыми жобалары AP09057934 "Сулы-майлы қоспаларды бөлуге арналған инновациялық мембраналарды жасап шығару" (2021-2023жж.), BRFFR T22MS-029 (Беларусь Республикалық іргелі зерттеулер қорының гранттық қаржыландыру (келісім-шарт 05.04.2022 ж.)) және Ғылым комитетінің 2022-2024 жылдарға арналған "Жас Ғалым" гранттық қаржыландырудың AP14972816 "Су-органикалық эмульсияларды бөлудегі стимул-сезімтал тректік мембраналар" ғылыми жобалары шеңберінде орындалды. Жұмысты апробациялау. Зерттеудің негізгі ережелері, қорытындылары мен ғылыми нәтижелері "Химия мен химиялық технологиядағы ресурстарды үнемдейтін және экологиялық қауіпсіз процестер" атты халықаралық қатысуымен өткен бүкілресейлік ғылыми-практикалық конференцияда (Пермь, Ресей, 2021), "Ionizing Radiation and Polymers" 14-ші халықаралық онлайн-симпозиумында (Нара, Жапония, 2022) баяндалды және талқыланды. №7839 "Тура және кері эмульсияларды бөлу үшін қолданылатын трек мембраналарын модификациялау тәсілі" пайдалы моделіне патент алынды.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
