Защита диссертации Парманбек Нұрсанат на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D05306 - Химия»
В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Парманбек Нұрсанат на тему «Разработка модифицированных композиционных трековых мембран для очистки водных сред от различных классов загрязнителей» по специальности «8D05306 – Химия».
Диссертация выполнена на кафедре «Химии» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - казахский
Рецензенты:
Онгарбаев Ердос Калимуллаулы - доктор наук, профессор, Казахский национальный университет имени Аль-Фараби
Кудайбергенов Саркыт Елекенович - доктор наук, профессор
Временные члены Диссертационного совета:
Мангазбаева Рауаш Амантаевна
Абдиев Калдибек Жамшаевич - доктор наук, профессор
Нуршат Нураджи
Мусабаева Бинур Хабасовна - кандидат наук, профессор
Бакибаев Абдигали Абдиманапович - доктор наук, профессор
Тажбаев Еркеблан Муратович
Научные консультанты:
• Джакупова Жанар Ерекеевна – Доцент кафедры химии НАО «Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева», кандидат химических наук, доцент, г. Астана, Республика Казахстан; • Машенцева Анастасия Александровна – Заведующая технологической лаборатории трековых мембран Астанинский филиал РГП на ПХВ «Институт ядерной физики» Министерства Энергетики Республики Казахстан, РhD, ассоциированный профессор, г. Астана, Республика Казахстан
Murat Barsbay – PhD, профессор кафедры химии, факультет науки, «Университета Хаджеттепе», г. Анкара, Турция
Защита состоится: 26 декабря 2023 года 14:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «8D05306 – Химия» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: https://rb.gy/xy1p98
Адрес: Online Microsoft Teams
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ Диссертационной работы Парманбек Нұрсанат на тему «Разработка модифицированных композиционных трековых мембран для очистки водных сред от различных классов загрязнителей», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе «8D05306 – Химия» Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена изучению особенностей синтеза гибридных трековых мембран на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ), модифицированного функциональными мономерами и наночастицами металлов, исследованию применения указанных гибридных композитов для очистки от различных классов органических и неорганических загрязнителей водной среды. Диссертационная работа представлена в форме серии статей, опубликованных докторантом согласно требованиям пункта 5–1 Правил присуждения степеней, утвержденных приказом Министра образования и науки Республики Казахстан от 31 марта 2011 года № 127 (зарегистрирован в Реестре государственной регистрации нормативных правовых актов под № 6951) с изменением, внесенным приказом Министра образования и науки РК от 30.04.2020 № 170 и в соответствии с приказом Министра образования и науки РК от 09.03.2021 №98 и изменениями, внесенными и.о. Министра науки и высшего образования РК от 09.01.2023 года № 7. Актуальность работы. В техногенную эпоху масштабного развития добывающих и перерабатывающих производств, эффективная очистка загрязненных токсичными веществами воды является наиболее актуальной проблемой. Промышленные и текстильные красители представляют группу высокотоксичных и канцерогенных органических соединений. Согласно оценке Всемирного банка, почти 20% загрязнения воды в мире вызвано красителями. Очень высокая реакционная способность и чрезвычайная токсичность красителей вызывают серьезную опасность для окружающей среды. Фармацевтические препараты, тяжелые металлы попадают в водную среду через сбросы городских и промышленных сточных вод, ухудшая традиционные процессы очистки сточных вод в системах водоочистки, отравляют живые организмы. Существующие промышленные технологии фильтрации и коагуляции воды не разрушают, а лишь концентрируют загрязняющие вещества. Традиционные методы седиментация, химические и мембранные технологии высокозатратные и могут генерировать токсичные вторичные загрязнители в экосистеме. Следовательно, разработка практичных и доступных катализаторов и сорбентов, обладающих высокой эффективностью по отношению к различным классам загрязнителей, является весьма актуальной, востребованной и требующей неотлагательного решения задачей. Цель диссертационного исследования. Синтез гибридных трековых мембран на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ), модифицированного функциональными мономерами и наночастицами металлов, а также исследование возможности применения указанных гибридных композитов в процессах очистки водных сред от различных классов органических и неорганических загрязнителей. Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач: - Исследование особенностей синтеза ГТМ методом РАФТ-опосредованной модификации ПЭТФ ТМ 2-(диметиламино) этилметакрилатом (PDMAEMA) и иммобилизацией наночастиц серебра. - Изучение влияния процесса допирования наночастицами серебра на эффективность ГТМ состава Ag@PET-g-PDMAEMA в процессах сорбционного удаления ионов As(III) в модельных системах. - Исследование влияния природы восстановителя на эффективность иммобилизации наночастиц палладия в составе ГТМ Pd@PET-g-PVP и изучение возможности применения подобных ГТМ в реакции фотокаталитического удаления антибиотика метронидазола. - Сравнительное исследование влияния источника ионизирующего излучения на процесс радиационно-химического синтеза нанокластеров меди в объеме ПЭТФ ТМ, модифицированных полиакриловой кислотой. - Изучение кинетических и термодинамических особенностей реакции фотокаталитического разложения красителя метиленового голубого в присутствии ГТМ на основе нанокластеров меди и полиакриловой кислоты, синтезированных с использованием гамма-излучения и электронного пучка. Объект исследования. Гибридные композитные материалы на основе микропористых полимерных темплатов, изготовленных из ПЭТФ ТМ, модифицированных функциональными мономерами и наночастицами металлов. Связь работы с планом государственных научных программ. Настоящая работа выполнялась в рамках проектов грантового финансирования МНиВО РК «Разработка модифицированных композитных трековых мембран для защиты окружающей среды» (ИРН AP08855527, срок реализации 2020-2022 гг.), «Разработка и экологическое применение биогенных катализаторов и сорбентов из эндемичных растений Казахстана» (ИРН AP09057856, срок реализации 2021-2023 гг) и проекта МАГАТЭ «Radiation induced and template synthesis of the photocatalytically active ion-track membrane composites» выполняемого в рамках грантовой программы F22070 ( контракт №23152, срок реализации 2019-2023 гг). Научная новизна работы. - Впервые методом УФ-индуцированной и RAFT-опосредованной прививки ПЭТФ ТМ 2-(диметиламино) этилметакрилатом (DMAEMA), винил-1-пирролидоном-2 (PVP) и акриловой кислоты (АА) были модифицированы ПЭТФ ТМ. - Определены оптимальные условия модификации ПЭТФ ТМ PDMAEMA, обеспечивающие высокую степень прививки PDMAEMA и сохранение механических и технологических характеристик мембраны. Показано, что стадия квартенизации образцов PET-g-PDMAEMA значительно повышает эффективность иммобилизации наночастиц серебра, однако, механическая прочность мембраны становится минимальной. - Установлено, что иммобилизация наночастиц серебра на поверхности и в порах PET-g-PDMAEMA способствует повышению сорбции ионов мышьяка (III) ГТМ на 60% по сравнению с исходными образцами. Достоверность процесса сорбции ионов мышьяка (III) соответствует модели псевдо-второго порядка изотермой адсорбции Фрейндлиха. - Проведены систематические исследования модификации ПЭТФ ТМ PVP методом РАФТ-опосредованной полимеризации и определены оптимальные условия (время прививки – 360 мин; растворитель - вода; концентрации мономера - 20%). Для иммобилизации наночастиц палладия использованы 4 типа восстановителя, соответствующих требованиям зеленой химии – аскорбиновая кислота (АК), растительный экстракт Betula Pendula Roth (BPR), боргидрид натрия и техника термического восстановления (ТВ). Установлено, что использование АК увеличивает в 3 раза иммобилизацию НЧ палладия по сравнению с BPR и методом ТВ. Каталитическая активность полученных ГТМ в реакции разложения метронидазола (MTZ) в системе Pd_Asc@PVP-g-PET ГТМ достигают 90% MTZ для 10 последовательных циклов испытаний. - Впервые проведены сравнительные исследования по прививочной полимеризации ПЭТФ ТМ (поли)акриловой кислотой (ПАК) воздействием пучка ускоренных электронов. Определены оптимальные условия прививки. Установлено, что облучение ускоренными электронами позволяет синтезировать однородные наночастицы гидроксида меди во всем объеме темплата с небольшим распределением размеров НЧ при дозе 100 кГр, а при облучении γ-квантами образуются композиты с нанокластерами кристаллической меди с высокой степенью кристалличности. - Изучены кинетические и термодинамические особенности реакции фотокаталитического разложения красителя МГ в присутствии ГТМ нанокластерами меди и ПАК, установлено, что синтезированные ГТМ Cu(OH)2@PET-g-PAA разлагают 91,9% красителя, а Cu@PET-g-PAA – только 83,9% и сохраняется их эффективность для 12 последовательных циклов. Основные положения диссертации, выносимые на защиту. - При оптимальных условиях РАФТ-опосредованной модификации полимерного ПЭТФ темплата, обеспечивающих эффективную прививку 2- (диметиламино) этилметакрилата (концентрации мономера - 20%, время привики - 60 мин, растворитель - ацетон:вода, степень прививки - 20%) степень иммобилизации наночастиц серебра в течение 5 ч составляет 9 мг/см2. - Иммобилизация наночастиц серебра в порах и на поверхности PET-g-PDMAEMA ТМ (Ag@PET-g-PDMAEMA) обеспечивает более эффективную сорбцию ионов мышьяка (III) (85,6%) по сравнению с образцами состава PET-g-PDMAEMA (56.0%). - Использование аскорбиновой кислоты в качестве восстановителя обеспечивает более эффективное восстановление наночастиц палладия в Pd@PVP-g-PET ГТМ и обеспечивает высокую каталитическую активность указанных ГТМ в реакции фотокаталитического удаления антибиотика метронидазола. - ГТМ состава Cu(OH)2@PET-g-PAA, синтезированные с использованием пучка электронов катализируют удаление порядка 91,9% красителя метиленового голубого, в то время как образцы, синтезированные с использованием γ-лучей - только 83,9%. Практическая значимость работы. Полученные результаты исследований по синтезу, исследованию свойств модифицированных композитных катализаторов и сорбентов имеют потенциальное применение в разработках усовершенствования гибридных композитных материалов и расширению спектра их применения для очистки от загрязнителей водной среды. В частности, перспективны для очистки сточных вод фармацевтической отрасли, металлургической промышленности и сорбционного удаления ионов тяжелых металлов, разложения антибиотиков и органических красителеей до 90%. Личный вклад автора заключается в анализе литературных источников, проведении экспериментальных и расчётных работ, интерпретации, теоретическом обосновании, обобщении, обсуждении полученных результатов, подготовке и оформлении графиков, подготовке рукописи статьи. Апробация работы. Основные положения, выводы и научные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях: XI Международный Беремжановский съезд по химии и химических технологии (Алматы, 2021); The 10th International conference on nanomaterials and advanced energy storage systems (Нур-Султан, 2022); Ionizing radiation and polymers symposium - IRaP 2022 (Nara, Japan); Международная научная конференция «Наука и образование 2023» (Нур-Султан, 2023). Публикации. Основные результаты диссертационного исследования отражены в 8 опубликованных работах, из них 3 статьи в научных изданиях, входящих в первый и/или второй квартиль по импакт-фактору по данным Journal Citation Reports (Жорнал Цитэйшэн Репортс) компании Clarivate Analytics (Кларивэйт Аналитикс); 5 работ в материалах республиканских и международных конференций: Во всех 3 статьях в научных изданиях, входящих в первый и/или второй квартиль по импакт-фактору по данным Journal Citation Reports соискатель является первым автором. Parmanbek N., Sütekin D.S., Barsbay M., Mashentseva A.A., Zheltov D.A., Aimanova N.A., Jakupova Zh.Ye., Zdorovets M.V. «Hybrid PET track-etched membranes grafted by well-defined poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) brushes and loaded with silver nanoparticles for the removal of As(III)» // Polymers. – 2022. – Vol.14 (19). – P. 4026. (25 p.), (Q1 – по категории Polymer Science, Q1 – Polymers and Plastics. Процентиль по категории Materials Science (Polymers and Plastics) – 76%, Chemistry (General Chemistry) – 76%.) Parmanbek N., Sütekin D.S., Barsbay M., Aimanova N.A., Mashentseva A.A., Alimkhanova A.N., Zhumabayev A.M., Yanevich A., Almanov A.A., Zdorovets M.V. «Environmentally friendly loading of palladium nanoparticles on nanoporous PET track-etched membranes grafted by poly(1-vinyl-2-pyrrolidone) via RAFT polymerization for the photocatalytic degradation of metronidazole» //RSC Advances – 2023. – Vol. 13(31). – P.18700. (Q2 – Chemical Engineering (miscellaneous), Q2 – Chemistry (miscellaneous). Процентиль по категории Chemical Engineering (General Chemical Engineering) – 78 %, Chemistry (General Chemistry) - 77%). Parmanbek N., Aimanova N.A., Mashentseva A.A., Barsbay M., Abuova F.U., Nurpeisova D.T., Jakupova Zh.Ye., Zdorovets M.V. «e-Beam and γ-rays induced synthesis and catalytic properties of copper nanoclusters-deposited composite track-etched membranes» // Membranes. – 2023. – Vol.13(7). – P.659. (21 p.) (Q2 – Polymer science, Q2 – Chemical Engineering (miscellaneous). Процентиль по категории Chemical Engineering (miscellaneous) – 61 %, Chemical Engineering (Filtration and Separation) – 52%, Chemical Engineering (Process Chemistry and Technology) – 47%).
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://youtu.be/clet26yrJ5Q?si=uGwC_oDdZbhXFafv
