«8D07140 - Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Ракишева Сания Ренатовна диссертациясын қорғауы

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Ракишева Сания Ренатовна «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша «Уранил иондарын сорбциялық жою үшін металлоорганикалық жақтауларға негізілген композиттік трек мембранын жасау» тақырыбында диссертациясы қорғалады.

Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Ядролық физика, жаңа материалдар мен технологиялар кафедрасы» кафедрасында орындалды.

Қорғау тілі - орыс тілінде

Ресми рецензенттер:

Ефремов Сергей Анатольевич – химия ғылымдарының докторы, профессор, «Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ» КеАҚ аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасының профессоры (Алматы қ., Қазақстан Республикасы);

Мельникова Галина Борисовна –  , Беларусь Ұлттық ғылым академиясы физика-техникалық ғылымдар бөлімшесінің ғалым хатшысы (Минск қ., Беларусь Республикасы).

Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:

Виноградов Илья Игоревич – PhD, Біріккен ядролық зерттеулер институтының Г.Н. Флеров атындағы ядролық реакциялар зертханасы қолданбалы физика орталығының сектор меңгерушісі (Дубна қ., Ресей Федерациясы);

Кливенко Алексей Николаевич – PhD, қауымдастырылған профессор, «Shakarim Lab» директоры (Өскемен қ., Қазақстан Республикасы);

Амитова Айгуль Амантаевна – PhD, «Kazakhstan Oil Group» ЖШС жетекші ғылыми қызметкері (Ақтау қ., Қазақстан Республикасы).

Ғылыми кеңесшілері:

Машенцева Анастасия Александровна – PhD докторы, профессор-практик, «Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті» КеАҚ ядролық физика, жаңа материалдар және технологиялар кафедрасының профессоры (Астана қ., Қазақстан Республикасы)

Murat Barsbay – PhD докторы, Хаджеттепе университеті ғылым факультетінің химия кафедрасының профессоры (Анкара қ., Түркия)

Қорғау 2026 жылғы 9 маусым, сағат 14:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша «8D071 – Инженерия және инженерлік іс» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес отырыс аралас (офлайн және онлайн) форматта өткізіледі.

Сілтемесі: https://clck.ru/3TS9bD 

Мекен-жайы: Астана қаласы, Қажымұқан көшесі, 13, 309 аудитория

Аңдатпа (қаз.): АННОТАЦИЯ Ракишева Санияның «Уранил иондарын сорбциялық жою үшін металлоорганикалық жақтауларға негізілген композиттік трек мембранын жасау» тақырыбындағы диссертациялық жұмысына «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін ұсынылған. Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Диссертациялық жұмыс полиэтилентерефталат (ПЭТФ ТМ) негізіндегі трек мембраналарды MIL-101(Cr) типті металл-органикалық жақтаулармен (MOF), соның ішінде нанобөлшектермен допирлеу арқылы модификациялау әдісін әзірлеуге және ал ынған композиттік материалдарды U(VI) уран иондарын сорбциялық жолмен жою үдерістерінде қолдану мүмкіндігін зерттеуге арналған. Жұмыстың өзектілігі. Әлемдік экономиканың дамуындағы заманауи үрдістерді талдау энергияға сұраныстың артуы және қазба ресурстардың шектеулілігі жағдайында ядролық энергетиканың маңызы үнемі өсетінін көрсетеді. Уран ядролық реакторлар үшін негізгі отын болып табылады, алайда оның жер үсті кен орындарындағы қоры шектеулі, бұл баламалы көздерді іздеуді және оны тиімді алу әдістерін әзірлеуді талап етеді. Сонымен қатар, уран табиғи ауыр радионуклид ретінде айтарлықтай экологиялық қауіп төндіреді, себебі атом өнеркәсібі мен кен өндіру саласының ағынды сулары су ортасын ластауы мүмкін. Қазақстан Республикасының жер қойнауында уран қорының мол болуы және елдің оны өндіру бойынша жетекші орынға ие болуы жағдайында су ерітінділерінен уранды тиімді бөліп алу әдістерін әзірлеу өзекті әрі сұранысқа ие міндет болып табылады. Соңғы жылдары U(VI) иондарын ерітінділерден бөліп алудың әртүрлі әдістері ұсынылды, олардың қатарында ионалмасу, еріткіштік экстракция, бірге тұндыру және флотация бар. Солардың ішінде адсорбция уранды сулы ортадан жоюдың ең тиімді әрі экономикалық жағынан қолайлы тәсілдерінің бірі болып саналады. Ерекше назар жоғары меншікті бет ауданына, реттелетін кеуекті құрылымға және постсинтетикалық модификация мүмкіндігіне ие металл-органикалық жақтауларға (MOF) аударылады, бұл оларды уран иондарын селективті адсорбциялауға арналған перспективалы материалдар ретінде қарастыруға мүмкіндік береді. Бұл жұмыста ПЭТФ трек мембраналары (ПЭТФ ТМ) мен металл-органикалық жақтаулар (MOF) негізінде мембраналық сорбенттерді әзірлеу ұсынылады, олар мембраналардың жоғары механикалық және химиялық тұрақтылығын дамыған беттік құрылыммен үйлестіреді. Сорбциялық сыйымдылық пен селективтілікті арттыру мақсатында «клик-химия» әдістерін қолдану арқылы каркастарды постсинтетикалық модификациялау жоспарлануда. 2022 жылы дәл осы «клик-химияны» дамытуға қосқан үлесі үшін Каролин Бертоцци, Барри Шарплесс және Мортен Мельдаль химия бойынша Нобель сыйлығына ие болды [1]. Бұл стратегия жоғары селективті, жылдам жүретін және жанама өнімдердің түзілуі минималды болатын реакцияларға негізделген, сондықтан функционалдық материалдарды модификациялаудың ең тиімді құралдарының бірі болып табылады. Мұндай тәсілді қолдану су ерітінділерінен уран иондарын тиімді бөліп алуға арналған перспективалы сорбциялық материалдарды жасауға мүмкіндік береді. Диссертациялық зерттеудің мақсаты. ПЭТФ трек мембраналары негізінде, хромға негізделген MIL-101 сериялы металл-органикалық жақтаулармен (MOF), соның ішінде металл нанобөлшектерімен импрегнирленген түрлерімен модификацияланған уран (VI) иондарына арналған жаңа тиімді және жоғары селективті сорбенттерді эксперименттік тұрғыда әзірлеу, сондай-ақ алынған композиттік трек мембраналардың қасиеттерін модельдік жүйелерде уран (VI) иондарын сорбциялық жолмен жою үдерістерінде кешенді зерттеу. Қойылған мақсатқа жету келесі міндеттерді шешуді көздейді: • ПЭТФ ТМ-ды поли(N-винилформамидпен) (PNVF) RAFT-иницирленген полимерлену әдісі арқылы бағытталған модификациялау үдерістерінің ерекшеліктерін, кейінгі конденсация арқылы үлгілерді алкинді фрагменттермен қанықтыруды зерттеу. • Модификацияланған ПЭТФ ТМ бетінде MIL-101(Cr) типті металл-органикалық жақтауларды (MOF) иммобилизациялау үшін «клик-химия» тәсілдерін қолдану мүмкіндігін зерттеу. • MOF@ПЭТФ ТМ композиттерінің қатысуымен уран (VI) иондарын сорбциялық жоюдың кинетикасы мен механизмін зерттеу. • Күміс нанобөлшектерімен модификацияланған азид-функционалданған MIL-101(Cr) типті металл-органикалық жақтаулардың (MOF) құрылымы мен сорбциялық қасиеттеріне тотықсыздандырғыш табиғатының әсерін зерттеу. • MOF@ПЭТФ ТМ жүйелерін күміс және темір оксиді нанобөлшектерімен модификациялау тәсілінің олардың уран (VI) иондарын селективті жою үдерістеріндегі сорбциялық сипаттамаларына әсерін зерттеу. Зерттеу нысаны. Функционалдық мономерлермен және MIL-101(Cr) негізіндегі металл-органикалық жақтаулармен (MOЖ), сондай-ақ күміс (Ag) және темір оксиді (Fe₃O₄) нанобөлшектері иммобилизацияланған ПЭТФ негізіндегі микрокеуекті полимерлі трек мембраналарға негізделген композиттік материалдар. Жұмыстың мемлекеттік ғылыми бағдарламалар жоспарымен байланысы. Аталған жұмыс ҚР ҒЖБМ гранттық қаржыландыру жобасы аясында орындалды: «Уран (IV) иондарын селективті және тиімді сорбциялауға арналған MOF-декорланған трек мембраналар: теориялық есептеулер және эксперименттік тексеру» (ИРН AP19676626, жүзеге асыру мерзімі 2023–2025 жж.), сондай-ақ ТМД ХҒТО БЯЗИ жобасы шеңберінде: «Темір оксиді нанобөлшектерімен модификацияланған Cr(азид)@MOF-ПЭТФ трек мембраналары негізінде композиттік сорбенттерді синтездеу» (шарт №25-112, жүзеге асыру мерзімі 12.05.2025–12.10.2025). Ғылыми жаңалығы. Алғаш рет ПЭТФ ТМ-ды N-винилформамидпен (NVF) RAFT-опосредталған енгізу бойынша полимерлену әдісімен модификациялаудың және кейінгі гидролиздің оңтайлы шарттары анықталды, бұл NVF-тің поливиниламинге (PVA) жоғары дәрежеде айналуын қамтамасыз етеді. Нәтижесінде, конденсация әдісі арқылы алғаш рет алкин@ПЭТФ ТМ синтезделді. Алғаш рет «клик-химия» тәсілдерін қолдану арқылы MIL-101(Cr) типті MOF-пен модификацияланған композиттік трек мембраналар синтезделіп, үдерістің оңтайлы жүргізілу шарттары айқындалды. MOF@ПЭТФ ТМ композиттерінің қатысуымен уран (VI) иондарын сорбциялық жою үдерістерін зерттеу барысында сорбция кинетикасы псевдо-екінші ретті модельмен ең дәл сипатталатыны анықталды. Сонымен қатар, MOF@ПЭТФ ТМ бетінде U(VI) адсорбциясы, ықтимал, хемосорбция механизмі арқылы жүреді, ол U(VI) иондары мен карбоксилат немесе азидті триазол топтары сияқты белсенді орталықтар арасындағы өзара әрекеттесулермен байланысты. Зерттелген изотерма модельдерінің ішінде Фрейндлих изотермасы (R²=0,997) ең жоғары сәйкестікті көрсетті, бұл адсорбцияның байланыс энергиялары әртүрлі гетерогенді MOF@ПЭТФ ТМ бетінде жүретінін дәлелдейді. Азид туындысы болып табылатын MIL-101(Cr) типті MOF-ты күміс нанобөлшектерімен модификациялау үдерісін зерттеу барысында гидразин гидраты мен натрий боргидридін қолдану өлшемі шамамен 50,22±2,1 нм болатын күміс нанобөлшектерін синтездеуге мүмкіндік беретіні және уранил иондарын жою кезінде үлгілердің ең жоғары сорбциялық сыйымдылығын қамтамасыз ететіні анықталды. MOF@ПЭТФ ТМ құрылымына күміс және темір оксиді нанобөлшектерін иммобилизациялау тәсілінің әсерін зерттеу нәтижесінде, MIL-101(Cr) типті MOF-ты алдын ала аталған нанобөлшектермен модификациялау композиттік сорбенттердің тиімділігін арттырып қана қоймай, сонымен қатар сорбциялық тепе-теңдікке жету уақытын 2,5 есе қысқартатыны анықталды. Диссертацияның қорғауға ұсынылатын негізгі қағидалары. RAFT-опосредталған егілмелі полимерлену арқылы N-винилформамидпен (NVF) (10% мономер, 4 сағ, бутанол) модификациялау нәтижесінде енгізу әдісінің ең жоғары дәрежесі 14,0%-ға жететіні анықталды. Кейінгі гидролиз амин топтарының концентрациясының 26,87 нмоль/см² дейін артуымен қатар жүреді, бұл ПЭТФ ТМ бетінде поливиниламиннің егілген қабатының түзілуіне әкеледі. DCC катализаторының қатысуымен MIL-101(Cr) типті MOF-ты иммобилизациялау 72 сағат ішінде шамамен 2,3% (ат.салм.) деңгейінде MOF жүктелуін қамтамасыз етеді, әрі реакция уақытын одан әрі арттыру жүктелу дәрежесінің өсуіне әсер етпейді. MOF@ПЭТФ ТМ композиті рН=6,3 жағдайында уран (VI) иондарын тиімді сорбциялайды, сорбциялық сыйымдылығы 418,0 мг/г-ға тең, ал тепе-теңдікке жету уақыты – 96 сағат. Сорбция кинетикасы жылдамдық константасы 4,38×10⁻⁴ г/мг×мин болатын псевдо-екінші ретті модельге сәйкес келеді, ал сорбция механизмі R²=0,99 детерминация коэффициентімен сипатталатын Фрейндлих изотермасымен сипатталады. Сонымен қатар, MOF@ПЭТФ ТМ композиті уранил иондарына қатысты жоғары селективтілік көрсетеді, таралу коэффициенті 7,97 × 10⁷ мл/г. MIL-101(Cr) типті MOF-тың азид туындысына күміс нанобөлшектерін иммобилизациялау кезінде экологиялық тұрғыдан қауіпсіз тотықсыздандырғыш — натрий боргидридін қолдану оның сорбциялық сыйымдылығын бастапқы MOF-пен салыстырғанда 91,57%-дан астамға, ал DMAB және аскорбин қышқылымен тотықсыздандырылған үлгілермен салыстырғанда тиісінше 71,47% және 81,57%-ға арттырады. MOF@ПЭТФ ТМ композитін Fe₃O₄ нанобөлшектерімен модификациялау сорбциялық сыйымдылықты 20%-дан астам арттырумен қатар, сорбциялық тепе-теңдікке жету уақытын 96 сағаттан 48 сағатқа дейін едәуір қысқартуға мүмкіндік береді. Жұмыстың практикалық маңызы. Жүргізілген зерттеулер нәтижесінде алынған MOF@ПЭТФ ТМ типті композиттік сорбенттер кәсіпорындардың нақты жағдайларында сынақтан сәтті қолданылуы мүмкін және жоғары технологиялық өнімдерді әзірлеудің негізі бола алады. Зерттеу нәтижелері бойынша пайдалы модельге патенттік өтінім берілді (өтінім № 2026/0638.2). Автордың жеке үлесі әдеби деректерді талдау, эксперименттік және есептік жұмыстар жүргізу, нәтижелерді интерпретациялау, теориялық негіздеу, қорытынды жасау, талқылау, графиктерді дайындау және рәсімдеу, мақала нұсқасын дайындауды қамтиды. Жұмыстың апробациясы. Диссертацияның негізгі қағидалары, қорытындылары және ғылыми нәтижелері халықаралық конференциялар барысында баяндалып, талқыланды: NANOTR-18 (Стамбул, 2024); V International Scientific Forum, Nuclear Science and Technologies (Алматы, 2024); INESS 13th International Conference on Nanomaterials & Advanced Energy Storage Systems (Астана, 2025); XVI Халықаралық ғылыми конференция «Мембраналар-2025» (Минск, 2025). Басылымдар. Диссертациялық зерттеудің негізгі нәтижелері 10 жарияланған жұмыста көрсетілген, оның ішінде: 2 мақала Clarivate Analytics компаниясының Journal Citation Reports деректері бойынша бірінші және/немесе екінші квартильге кіретін ғылыми басылымдарда; 3 мақала уәкілетті орган ұсынған басылымдарда; және 5 жұмыс республикалық және халықаралық конференция материалдарында. Бір жарияланымда, Journal Citation Reports бойынша бірінші квартильге кіретін ғылыми басылымда, дәреже алуға үміткер бірінші автор ретінде көрсетілген: Rakisheva S.R., Mashentseva A.A., Yessengaliyeva N.B., Barsbay M., Abuova F.U., Zheltov D.A. MOF-decorated track-etched membranes for the U(VI) ions sorption removal. // Scientific Reports. – 2025 – Vol.15. – P. 36454 (Web of Science: Q1 - Multidisciplinary sciences; Scopus: 89% – Multidisciplinary). Mashentseva A.A., Sütekin D.S., Rakisheva S.R., Barsbay M. «Composite Track-Etched Membranes: Synthesis and Multifaced Applications // Polymers – 2024. – Vol.16. – P.2616. (64 p.), (Web of Science: Q1 - Polymer Science, Q1 – Polymers and Plastics; Scopus: 78% – Materials Science (Polymers and Plastics), 76% - Chemistry (General Chemistry). 1 Bauer D. и др. Click chemistry: a transformative technology in nuclear medicine // Nat. Protoc. 2023. Т. 18, № 6. С. 1659–1668.

Диссертация

Ғылыми еңбектер тізімі

Ғылыми кеңесшінің пікірі

Шетелдік кеңесшінің пікірі

Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы