Помощь студентам в учебе
Тонкие слои UiO-66 на поверхности вторичного полиэтилентерефталата: синтез, свойства и применение
|
ВВЕДЕНИЕ 11
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА 14
1.1 Проблема переработки полиэтилентерефталата 14
1.2 Механическая переработка 15
1.3 Химическая переработка 15
1.4 Полиэтилентерефталат как источник для синтеза металлорганических
каркасов 17
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 19
2.1 Реагенты и используемые материалы 19
2.2 Физико-химические методы исследования материалов 21
3 ГИБРИДНЫЕ СТРУКТУРЫ PET@UIO-66: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И
ПРИМЕНЕНИЕ 28
3.1 Синтез металлорганических каркасов на основе терефталевой кислоты на поверхности плёнок ПЭТФ 28
3.2. Разработка метода синтеза гибридных фотоактивных катализаторов на основе PET@UiO-66 и наночастиц серебра 29
3.2.1. Исследование фотокаталитической активности 33
3.2.2. Исследование структуры PET@UiO-66-Ag25 38
3.2.3 Исследование кинетических закономерностей процессов разложения
этил-параоксона 39
3.2.4 Механизмы синергетического разложения с использованием
PET@UiO-66-Ag25 42
3.3 Разработка метода карбонизации тонких плёнок металл-органических
каркасов под действием лазерного излучения 48
3.3.1 Оптимизация получения материала PET@UiO-66 48
3.3.2 Карбонизация PET@UiO-66 и исследование структуры полученного
материала 54
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 59
4.1 Предпроектный анализ 59
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 59
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 60
4.1.3 SWOT-анализ 63
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 65
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 67
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 67
4.2.2 Определение трудоёмкости и выполнения работ 69
4.2.3 Разработка графика проведения научно-исследовательской работы 69
4.3 Бюджет научного исследования 74
4.3.1 Сырьё, материалы, покупные изделия (за вычетом отходов) 75
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей научного исследования . 78
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнительной системы 80
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 80
4.3.6 Расчёт затрат на научные и производственные командировки 81
4.3.7 Оплата работ, выполняемых сторонними организациями 81
4.3.8 Накладные расходы 82
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования83
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 85
5.1 Производственная безопасность 85
5.1.1 Отклонение показателей микроклимата в помещении 85
5.1.2 Превышение уровней шума 87
5.1.3 Воздействие химических веществ 88
5.1.4 Повышенный уровень электромагнитных излучений 89
5.1.5 Поражение электрическим током 91
5.1.6 Освещённость рабочей зоны 93
5.1.7 Пожарная опасность 97
5.1.8 Работа с лазерами 99
5.2 Экологическая безопасность 101
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 102
5.4 Перечень НТД 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 106
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 107
ПРИЛОЖЕНИЕ А 114
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА 14
1.1 Проблема переработки полиэтилентерефталата 14
1.2 Механическая переработка 15
1.3 Химическая переработка 15
1.4 Полиэтилентерефталат как источник для синтеза металлорганических
каркасов 17
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 19
2.1 Реагенты и используемые материалы 19
2.2 Физико-химические методы исследования материалов 21
3 ГИБРИДНЫЕ СТРУКТУРЫ PET@UIO-66: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И
ПРИМЕНЕНИЕ 28
3.1 Синтез металлорганических каркасов на основе терефталевой кислоты на поверхности плёнок ПЭТФ 28
3.2. Разработка метода синтеза гибридных фотоактивных катализаторов на основе PET@UiO-66 и наночастиц серебра 29
3.2.1. Исследование фотокаталитической активности 33
3.2.2. Исследование структуры PET@UiO-66-Ag25 38
3.2.3 Исследование кинетических закономерностей процессов разложения
этил-параоксона 39
3.2.4 Механизмы синергетического разложения с использованием
PET@UiO-66-Ag25 42
3.3 Разработка метода карбонизации тонких плёнок металл-органических
каркасов под действием лазерного излучения 48
3.3.1 Оптимизация получения материала PET@UiO-66 48
3.3.2 Карбонизация PET@UiO-66 и исследование структуры полученного
материала 54
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 59
4.1 Предпроектный анализ 59
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 59
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 60
4.1.3 SWOT-анализ 63
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 65
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 67
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 67
4.2.2 Определение трудоёмкости и выполнения работ 69
4.2.3 Разработка графика проведения научно-исследовательской работы 69
4.3 Бюджет научного исследования 74
4.3.1 Сырьё, материалы, покупные изделия (за вычетом отходов) 75
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей научного исследования . 78
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнительной системы 80
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 80
4.3.6 Расчёт затрат на научные и производственные командировки 81
4.3.7 Оплата работ, выполняемых сторонними организациями 81
4.3.8 Накладные расходы 82
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования83
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 85
5.1 Производственная безопасность 85
5.1.1 Отклонение показателей микроклимата в помещении 85
5.1.2 Превышение уровней шума 87
5.1.3 Воздействие химических веществ 88
5.1.4 Повышенный уровень электромагнитных излучений 89
5.1.5 Поражение электрическим током 91
5.1.6 Освещённость рабочей зоны 93
5.1.7 Пожарная опасность 97
5.1.8 Работа с лазерами 99
5.2 Экологическая безопасность 101
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 102
5.4 Перечень НТД 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 106
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 107
ПРИЛОЖЕНИЕ А 114
В настоящее время материалы из полиэтилентерефталата (PET) остаются широко востребованными и используются во многих областях промышленности и сферы жизни человека. Главным образом, они служат сырьём для изготовления различного рода пластиковых ёмкостей. Производство PET-тары обладает рядом преимуществ с точки зрения потребления энергии и углеродного следа, но серьёзной глобальной проблемой остаётся загрязнение окружающей среды отходами полиэтилентерефталата, и, особенно, микропластика. Причиной данной проблемы является то, что существующие способы переработки отходов PET не являются экономически выгодными, а длительность его разложения составляет сотни лет.
Одним из способов утилизации отходов на основе полиэтилентерефталата может являться их функционализация за счёт введения наночастиц металлов, квантовых точек или углеродных нанотрубок и графена путём термической или химической обработки гранул полимера [1]. Однако применение данных методов не является ни экологически безопасным, ни рентабельным.
Другим крайне актуальным направлением является получение металлорганических каркасов непосредственно на поверхности отходов полиэтилентерефталата [2]. Тем не менее, существующие методы позволяют получать лишь сорбенты для очистки природных и сточных вод.
Целью данного исследования является разработка новых методов трансформаций тонких плёнок металлорганических каркасов (на примере UiO-66) на поверхности вторичного полиэтилентерефталата для получения полезных продуктов с высокой добавленной стоимостью.
Научная новизна данного исследования:
1. Предложены концептуально новые подходы к дизайну фотокаталитических систем для разложения этил-параоксона, представляющих собой гибридный материал на основе вторичного полиэтилентерефталата, UiO-66 и импрегнированных в структуру наночастиц серебра;
2. Обнаружен синергетический эффект усиления каталитической активности при сочетании плазмон-активных элементов и металл- органического каркаса на примере UiO-66 и наночастиц серебра;
3. Обнаружены новые процессы карбонизации тонких плёнок МОК (на примере UiO-66) действием лазерного излучения, приводящие к образованию тонких плёнок графеноподобной структуры с импрегнированным карбидом циркония.
Практическая значимость:
1. Предложен простой и удобный метод разложения этил-параоксона при использовании фотохимического катализатора PET@UiO-66-AgNPs;
2. Разработан эффективный метод получения электродов из вторичного сырья, отвечающий требованиям ресурсоэффективности и концепции устойчивого развития.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российско- Французского проекта № 075-15-2022-244.
Апробация работы: отдельные части работы докладывались и обсуждались на пяти специализированных конференциях всероссийского и международного уровня.
Публикации: по теме выпускной квалификационной работы опубликована одна статья в журнале Chem. Eng. J. (IF = 13,273, Q1) и четыре доклада на конференциях различного уровня.
Одним из способов утилизации отходов на основе полиэтилентерефталата может являться их функционализация за счёт введения наночастиц металлов, квантовых точек или углеродных нанотрубок и графена путём термической или химической обработки гранул полимера [1]. Однако применение данных методов не является ни экологически безопасным, ни рентабельным.
Другим крайне актуальным направлением является получение металлорганических каркасов непосредственно на поверхности отходов полиэтилентерефталата [2]. Тем не менее, существующие методы позволяют получать лишь сорбенты для очистки природных и сточных вод.
Целью данного исследования является разработка новых методов трансформаций тонких плёнок металлорганических каркасов (на примере UiO-66) на поверхности вторичного полиэтилентерефталата для получения полезных продуктов с высокой добавленной стоимостью.
Научная новизна данного исследования:
1. Предложены концептуально новые подходы к дизайну фотокаталитических систем для разложения этил-параоксона, представляющих собой гибридный материал на основе вторичного полиэтилентерефталата, UiO-66 и импрегнированных в структуру наночастиц серебра;
2. Обнаружен синергетический эффект усиления каталитической активности при сочетании плазмон-активных элементов и металл- органического каркаса на примере UiO-66 и наночастиц серебра;
3. Обнаружены новые процессы карбонизации тонких плёнок МОК (на примере UiO-66) действием лазерного излучения, приводящие к образованию тонких плёнок графеноподобной структуры с импрегнированным карбидом циркония.
Практическая значимость:
1. Предложен простой и удобный метод разложения этил-параоксона при использовании фотохимического катализатора PET@UiO-66-AgNPs;
2. Разработан эффективный метод получения электродов из вторичного сырья, отвечающий требованиям ресурсоэффективности и концепции устойчивого развития.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российско- Французского проекта № 075-15-2022-244.
Апробация работы: отдельные части работы докладывались и обсуждались на пяти специализированных конференциях всероссийского и международного уровня.
Публикации: по теме выпускной квалификационной работы опубликована одна статья в журнале Chem. Eng. J. (IF = 13,273, Q1) и четыре доклада на конференциях различного уровня.
В ходе выполнения магистерской диссертации были разработаны технологические основы создания нового поколения фотокатализаторов на основе гибридных функциональных материалов, полученных методами функциональной переработки вторичного ПЭТФ. Также были найдены фундаментальные закономерности изменений фотокаталитических свойств материала от размеров плазмон-активных элементов (наночастиц серебра) в матрице UiO-66, и показано, что оптимальный эффект наблюдается в случае в случае наночастиц размером около 19 нм (загрузка нитрата серебра 25 масс. %);
Кроме того, были разработаны методы карбонизации поверхностных тонких плёнок UiO-66 под действием лазерного излучения, приводящие к формированию графеноподобных наноструктур с высокой проводимостью. А также были найдены фундаментальные закономерности изменения сплошности полученных нанослоёв графена в зависимости от режимов лазерного излучения.
Помимо этого, были разработаны подходы к финансовому менеджменту проекта, оценены мероприятия по достижению ресурсоэффективности и ресурсосбережения, а также мероприятия по социальной ответственности.
Кроме того, были разработаны методы карбонизации поверхностных тонких плёнок UiO-66 под действием лазерного излучения, приводящие к формированию графеноподобных наноструктур с высокой проводимостью. А также были найдены фундаментальные закономерности изменения сплошности полученных нанослоёв графена в зависимости от режимов лазерного излучения.
Помимо этого, были разработаны подходы к финансовому менеджменту проекта, оценены мероприятия по достижению ресурсоэффективности и ресурсосбережения, а также мероприятия по социальной ответственности.