Анотація до роботи:

Чепурна І.К. Синтез та фізико-хімічні властивості сферично гранульованого гідратованого діоксиду цирконію. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2009.

Дисертацію присвячено вивченню особливостей гелеутворення в системі оксихлорид цирконію – лужний реагент та дослідженню фізико – хімічних властивостей синтезованих зразків гідратованого діоксиду цирконію (ГДЦ).

Використовуючи нову двостадійну схему нейтралізації оксихлориду цирконію, розроблено оригінальний спосіб золь-гель синтезу сферично гранульованого ГДЦ при кімнатній температурі розчинів вихідних реагентів. Досліджено реологічні властивості цирконійвмісних гелів методами фізико-хімічної механіки.

За допомогою хімічної та гідротермальної обробок одержано мезопоруваті зразки діоксиду цирконію з вузьким розподілом пор за радіусами. Сорбційну здатність сферично гранульованих іонітів ГДЦ щодо багатозарядних фосфат-, хромат- та борат- аніонів було оцінено в статичних умовах. Встановлено, що синтезовані зразки за своїми адсорбційними характеристиками не поступаються відомим аналогам.

На основі ксерогелів ГДЦ було синтезовано зразки сульфатованого діоксиду цирконію, які є придатними для використання в кислотно-основному каталізі.

Одержані зразки ГДЦ та СДЦ було охарактеризовано методами низькотемпературної адсорбції азоту, термогравіметрії, диференціально-термічного та рентгенофазового аналізу, за допомогою інфрачервоної спектроскопії, калориметричного аналізу, просвічуючої електронної мікроскопії, рН-метричного титрування, десорбційної мас-спектрометрії

1. Вивчено закономірності гелеутворення ГДЦ при нейтралізації водного розчину оксихлориду цирконію лужними реагентами різної природи та досліджено механізм їх дії. Вперше встановлено подвійну дію карбаміду як відомого нейтралізуючого реагенту, а також як комплексона-уповільнювача процесу формування ГДЦ, що призводить до контрольованого гелеутворення при синтезі ГДЦ.

2. Вперше досліджено реологічні властивості системи ZrOCl₂ – лужний реагент – CH₃COONH₄. Встановлено точку золь-гель переходу та визначено співвідношення вихідних реагентів, яке є оптимальним для одержання якісного гідрогелю ГДЦ. Експериментально знайдені значення енергії активації та теплового ефекту гелеутворення свідчать про те, що процес утворення просторової сітки ZrO₂nH₂O проходить майже без активаційного бар’єру та з виділенням тепла.

3. На основі проведених досліджень, розроблено новий високоефективний спосіб золь-гель синтезу екологічно чистого сферично гранульованого гідратованого діоксиду цирконію (ГДЦ). В основі способу лежить двостадійна схема нейтралізації розчинів простих солей цирконію лужними реагентами при кімнатній температурі (без використання токсичних високотемпературних нейтралізуючих реагентів та алкоксидної сировини).

4. Показано необхідність допоміжної обробки синтезованих зразків ГДЦ лужними реагентами з метою фіксації їх поруватої структури. Встановлено значний вплив хімічної та гідротермальної обробок на порометричні характеристики зразків ГДЦ. Одержано мезопоруваті ксерогелі з параметрами поруватої структури: S_пит^БЕТ – 250-450 м²/г, V_s – 0,2- 0,34 см³/г та середнім діаметром пор – 3,0-4,2 нм.

5. Встановлено, що зразки сферично гранульованого мезопоруватого ГДЦ проявляють високу сорбційну спорідненість щодо фосфат-, хромат- та борат-аніонів і за своїми адсорбційними характеристиками не поступаються відомим аналогам .

6. Знайдено, що промотування сферично гранульованого діоксиду цирконію сульфат-аніонами сприяє стабілізації тетрагональної фази діоксиду цирконію, підвищує термостабільність оксидної системи та дозволяє одержати мезопоруватий зразок сульфатованого діоксиду цирконію, який характеризується значною кислотністю. Це вказує на перспективність використання ZrO₂nH₂O, синтезованого новим золь-гель методом, в якості носія для синтезу суперкислотного ZrO₂/SO₄ каталізатору.

Публікації автора:

1. Мелешевич І. К. Синтез та властивості сорбентів на основі сполук цирконію /

І. К. Мелешевич, В. А. Каніболоцький, В. І. Яковлєв, В. В. Стрелко // Видання „Наукові записки НаУКМА”, випуск „Хімічні науки і технології”. – 2005. – Т. 42 – С. 31–34. (Особистий внесок здобувача: участь у синтезі сферично гранульованого ГДЦ, встановлення впливу хімічної та гідротермальної обробок на структурно-сорбційні характеристики синтезованих зразків, узагальнення результатів та написання статті)

2. Паховчишин С. В. Структуроутворення в процесі золь-гель переходу в системі мінеральна сіль цирконію – лужний реагент / С. В. Паховчишин, І. К. Мелешевич, В. А. Каніболоцький, В. В. Стрелко // Доповіді НАН України. – 2006. – № 5. – С. 136–141. (Особистий внесок здобувача: знаходження оптимальних умов синтезу сферично гранульованого ГДЦ: співвідношення реагентів, температури, швидкості перемішування золю, узагальнення результатів, написання статті )

3. Meleshevych I. Rheological properties of hydrated zirconium dioxide / I. Meleshevych, S. Pakhovchyshyn, V. Kanibolotskyy, V. Strelko. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2007. – V. 298, № 3 – P. 274–279. (Особистий внесок здобувача: встановлення точки золь-гель переходу в системі оксихлорид цирконію – лужний реагент, визначення енергії активації гелеутворення, дослідження структурно-механічних властивостей цирконійвмісних гелів, написання статті )

4. Чепурная И. К. Предварительное понижение кислотности растворов ZrOCl₂ как фактор управления золь-гель процессом получения ZrO₂nH₂O / И. К. Чепурная, В. А. Каниболоцкий, В. В. Стрелко, Ю. Н. Киливник, В. И. Яковлев // Вопросы химии и химической технологии. – 2008. – № 4. – С. 120–125. (Особистий внесок здобувача: експериментальне дослідження закономірностей гелеутворення ГДЦ при нейтралізації водного розчину оксихлориду цирконію лужними реагентами різної природи і агрегатного стану та встановлення механізму їх дії, написання статті )

5. Мелешевич І. К. Особливості гелеутворення в системах, що містять цирконій / І. К. Мелешевич, В. А. Каніболоцький // Всеукр. конф. молодих вчених з актуальних питань хімії, 26–30 травня 2003 р. : матеріали конф. – Київ, 2003. – С. 52.

6. Мелешевич І. К. Особливості процесів формування ZrO₂nH₂O золь-гель методом / І. К. Мелешевич, В. А. Каніболоцький, В. Я. Зуб // Сучасні проблеми хімії: V Всеукр. конф. студентів та аспірантів, 20–21 травня 2004 р. : матеріали конф. – Київ, 2004. – С. 32.

7. Каніболоцький В. А. Нові підходи при синтезі цирконійвмісних сорбентів / В. А. Каніболоцький, І. К. Мелешевич, В. В. Стрелко // XVI Українська конференція з неорганічної хімії: наук. конф., 20–24 вересня 2004 р. : матеріали конф. – Ужгород, 2004. – С. 242.

8. Meleshevych I. K. The mechanism of transformations in mineral zirconium salt - basic reagent system during ZrO₂nH₂O synthesis / I. K. Meleshevych, V. A. Kanibolotsky, Yu. N. Kylivnyk, V. V. Strelko // IX Polish - Ukrainian Symposium: Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, 5–9 September 2005 : abstracts. – Sandomierz, Wolka Milanovska, Poland, 2005. – P. 180– 182.

9. Meleshevych I. K. The structure-formation during sol-gel transition in mineral zirconium salt – basic reagent system / I. K. Meleshevych, S. V. Pakhovchyshyn, V. A. Kanibolotsky, V. V. Strelko // NATO Advanced Research Workshop: Combined and Hybrid Adsorbents: Fundamentals and Applications, 15–17 September 2005 : abstracts. – Kyiv, Pushcha-Voditsa, Ukraine, 2005. – LP 9.

10. Мелешевич І. К. Фізико- хімічні властивості гідратованого діоксиду цирконію одержаного золь-гель методом / І. К. Мелешевич, В. Ю. Старченко, С. В. Мажуга // VII Всеукраїнська конференція „Сучасні проблеми хімії”, 18–19 травня 2006 р. : тези допов. – Київ, 2006. – С. 190.

11. Мелешевич І. К. Гідрофільність нанорозмірного ZrO₂nH₂O, синтезованого золь-гель методом / І. К. Мелешевич, С. В. Паховчишин, В. А. Каніболоцький, В. В. Стрелко // Коллоидные системы. Свойства, материалы, применение: междунар. конф., 28 августа–1 сентября 2006г. : тезиc. докл. – Одесса, 2006. – С. 17.

12. Каніболоцький В. А. Вплив хімічної та термічної обробок на параметри поруватої структури ZrO₂ / В. А. Каніболоцький, І. К. Чепурна, В. І. Яковлєв, В. В. Стрелко // III Міжнародна наук.-техн. конф. студент., аспірант. та молод. вчен. „Хімія і сучасні технології”, 22–24 травня 2007 р. : тези допов. – Дніпропетровськ, 2007. – С. 39.

13. Chepurna I. Nanosized hydrated zirconium dioxide: preparation and properties / I. Chepurna, V. Kanibolotskyy, S. Pakhovchyshyn, V. Strelko // Second international symposium: Advanced micro- and mesoporous materials, 6–9 September, 2007 : abstracts. – Varna, Bulgaria, 2007. – P. 98.

14. Чепурная И. К. Реология гелеобразования диоксида циркония / И. К. Чепурная, В. А. Каниболоцкий, В. В. Стрелко // III Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике, 24–28 июня 2008 г. : материалы конф. – Москва, 2008. – С. 95.