Лаборатория углеродных наноматериалов
Лаборатория углеродных наноматериалов создана в 1997 г. Основателем и первым зав.лабораторией была д.х.н., профессор Мансурова Раушан Магзумовна.
С 2006 года по 2016 год лабораторией руководил кандидат химических наук Бийсенбаев Махмут Ахметжанович. В данный момент является главным научным консультантом лаборатории.
Лаборатория Нанобиотехнологии создана 3 сентября 2012 года. С 2012 года заведовал лабораторией кандидат химических наук Жандосов Жакпар Маратович.
18 мая 2016г. на заседании НТС Института проблем горения было принято решение об объеденении лаборатории углеродных наноматериалов к лаборатории нанобиотехнологии и переименовано в лабораторию углеродных наноматериалов и нанобиотехнологии. С решением научно технического совета заведующей лабораторией назначена - к.х.н. Керимкулова Алмагуль Рыскуловна.
В лаборатории проводятся исследования по получению новых видов углеродных материалов на основе продуктов низкотемпературного горения углеводородов. Значительные результаты достигнуты при изучении механизма образования и получении мелкодисперсных саж, которые могут быть использованы для получения их специальных сортов при создании новых видов химических источников тока. На основе полиароматических смол пиролиза углеводородов разработаны методы получения анизатропных пеков с высоким содержанием мезофазы.
Последние могут быть использованы для получения высококачественного электродного кокса, при создании новых углекомпозиционных конструкционных материалов и, в частности, жаропрочных высокомодульных углеродных волокон. Проводятся исследования по созданию высокоэффективных и доступных углеродсодержащих сорбентов из отходов горнометаллургических производств и некоторых природных материалов, которые могут быть использованы для очистки газовых промышленных выбросов от сероводорода, оксидов серы и азота, а также промышленных стоков от загрязнении фенолами и другими органическими смесями.
• Разработаны и защищены патентами РК углеродсодержащие катализаторы синтеза этилена, пропилена и ароматических соединений из пропан-бутановой смеси.
• Синтезированы химические источники тока на основе волокнистого углерода и полициклические ароматические соединения.
• Сотрудниками лаборатории получен диплом на открытие «Явление холодно-пламенного низкотемпературного саже-образования»
• Выигран Грант международного фонда 1МТА5 «Развитие и изучение новых каталитических систем, основанных на текстурировании микрообластей (ТМО) перовскитов для эффективного проведения процессов ОеМОх, устранения СО и конверсии С2Н6».
• Выигран Грант международного фонда МНТЦ «Применение углеродсодержащих материалов для очистки сточных вод».
Технология получения наноструктурированных сорбентов для выделения благородных металлов
Микроскопический снимок: золото на частице сорбента
Предлагаемая технология получения новых наноразмерных сорбентов для выделения благородных металлов будет способствовать насыщению внутреннего рынка конкурентоспособной отечественной продукцией.
Технические характеристики:
Сырье -Растительная клетчатка
Удельная поверхность полученных материалов 300-900 м2/г
Пористость 0.21-1, 9 см3/г
Прочность 0,3-1,8 г/см3
Сорбционная емкость 25-226 мг/г
Технология получения фитогормона “Фузикокцина” на наноструктурированном сорбенте
В настоящее время на мировом рынке отсутствуют сорбенты пригодные для получения биологически активных соединений в производственных масштабах. Существующие сорбенты крайне дорогие и предназначены в основном для аналитических целей.
Гели обладают рядом недостатков, не позволяющих использовать их в промышленных целях (низкая механическая прочность, отсутствие стойкости в среде микроорганизмов и т.д.). По данной технологии сорбент для хроматографической очистки фузикокцина получается карбонизацией некоторых видов растительного сырья с применением специальных технологических режимов. Биологически активные вещества получаемые в виде экстракта из семян сельскохозяйственных культур путем их проращивания и гомогенизации с охлажденным этанолом, центрифугируют и пропускают через колонку с наноструктурированным сорбентом. Затем проводят многоступенчатое элюирование этанолом разной концентрации с последующим анализом продукта..
Сельское хозяйство. Стимулятор роста «Фузикокцин» значительно повышает всхожесть семян на засоленных почвах. Проведенные полевые испытания выявили, что пшеница, обработанная раствором биостимулятора, созревает на 15 дней раньше.
Преимущества:
Себестоимость получаемого сорбента на порядок ниже, применяемого в практике.
Сорбент обладает повышенной механической прочностью и стойкостью.
Разделяющая способность материала не уступает зарубежным аналогам
Данная технология применима в промышленных масштабах
Пшеничное поле, с полосой, обработанной раствором фитогормона (жёлтые колосья).
Технология получения наноструктурированных сорбентов для разделения белков
Одним из главных направлении современной науки является протеомика которая изучает совокупность белков в клетке. Наиболее плодотворным направлением протеомики является ее раздел, который касается выделения, очистки, изучения и применения индивидуальных белков. В настоящее время достигнут громадный прогресс в аналитическом разделении белков. В то же время получение индивидуальных белков в препаративных количествах сильно сдерживается отсутствием сорбентов применимых для производственных масштабов. Хотя в настоящее время фармацией ферментной инженерии и биотехнологии широко применяются индивидуальные белки.
Существующие сорбенты крайне дороги, их стоимость колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч долларов. Такие сорбенты в основном пригодны для разделения небольших количеств белка, и они почти не применимы для препаративного разделения белков. Эти сорбенты в основном изготовлены из таких полимеров как декстран или агароза и имеют очень слабую механическую прочность. Они легко атакуются грибками и микробами. Поэтому все эти сорбенты недолговечны – срок их эксплуатации не превышает полгода.
В лаборатории наноуглеродных материалов Института проблем горения КазНУ им. аль-Фараби синтезирован углеродный наносорбент на основе карбонизованного растительного сырья, обладающий наноструктурной морфологией.
Так как белки являются большей частью гидрофильными полимерами, то чисто углеродные наносорбенты ввиду их большой гидрофобности малопригодны для разделения белков. Вследствие этого нами была проведена модификация этих сорбентов с помощью детергента. В результате модификаций этим детергентом сорбент приобрел гидрофильные свойства и стал пригодным для разделения белков.
Нами доказана пригодность полученного гидрофилизированного сорбента для разделения протеинов с различной молекулярной массой. Полученный сорбент для хроматографии белков имеет прекрасные молекулярно-ситовые характеристики. Имеющиеся на сегодняшний день молекулярно-ситовые сорбенты предназначены для разделения белков определенного диапазона молекулярных масс, тогда как разработанный нами сорбент универсален и может разделять белки и пептиды от 1 кДа до десятков тысяч кДа. Сорбент отличается высокой механической прочностью – он может использоваться в течение нескольких лет. Он не обладает паразитической емкостью.
Технология получения сорбционных наноматериалов для очистки воды от токсичных металлов и радионуклидов
В республике Казахстан недостаточно пригодной для питья воды. Гидрологические ресурсы находятся под сильным техногенным давлением добывающей и перерабатывающей промышленности. Вода, пригодная для употребления в качестве питьевой, является стратегическим ресурсом, обеспечивающим жизнедеятельность человека. Общие мировые запасы питьевой воды составляют всего около 4% от всех ресурсов воды на планете. Этим объясняется большой интерес, проявляемый во всем мире к разработке способов очистки воды.
Производственные отходы, сбрасываемые в окружающую среду, приводят к серьезным последствиям, поскольку при этом происходит нарушение экологического равновесия. Для сохранения привычных условий жизни, а также, чтобы не причинить ущерба последующим поколениям, необходимо совершенствовать существующие методы обезвреживания производственных отходов и разрабатывать новые способы очистки сточных вод
Перспективным научным и техническим решением вышеназванной проблемы является исследуемый в рамках проекта метод получения карбоминерального сорбента. Сущность его заключается в сочетании преимуществ минеральной и углеродной составляющих. Создаётся керамическая матрица поры, которой наполнены наноразмерными углеродными нитями. Такое сочетание из разных по своей природе веществ, по мнению авторов проекта, позволит получить сорбент с широким спектром поглощаемых веществ.
Предлагаемый материал представляет собой композиционный карбокерамический адсорбент. По предлагаемому способу, обработкой местных глин, можно получить высокоэффективный сорбент, который будет использован для очистки технологических вод предприятий.
Республика Казахстан не имеет запасов растительного сырья необходимого для производства традиционных сорбентов – активированных углей. Закупка экономически нецелесообразна. Для защиты окружающей среды от загрязнений, очистки сточных вод и улавливания из них ценных компонентов возможно применение глинистых минералов, запасы которых обширны повсеместно.
Керамические материалы, полученные из таких глин прочны, но недостаточно ёмки. В отличие от минеральных зернистых поглотителей, волокнистые углеродные материалы характеризуются большой скоростью и полнотой процессов сорбции-десорбции. Они могут успешно конкурировать с традиционными углеродными материалами, но дороги.
Технология изготовления блоков сотовой структуры из углеродных материалов для гемоперфузии
Схема приготовления блоков сотовой структуры из углеродных материалов, полученных карбонизацией рисовой шелухи
Блоки из углеродного материала – КРШ
Разработка и производство новых высокоэффективных сорбентов и фильтров для очистки воды
Срок реализации: 2017-2019 г.г.
Цель проекта: наладка производства сорбента по разработанной в ИПГ технологии. Изготовление фильтров и сменных картриджей для очистки воды и выведение на рынок новый отечественный продукт.
Конечный продукт для коммерциализации: Фильтры для очистки воды и сменные картриджи.
Ожидаемые результаты:
- наладка производства сорбента по разработанной в ИПГ технологии;
- изготовление фильтров и сменных картриджей для очистки воды;
- вывести на рынок новый отечественный продукт;
- выполнение данного проекта позволит обеспечить удовлетворение потребности населения в безопасной и чистой воде.
Преимущества :
- Применение в качестве сырья для получения сорбента сельхоз отходов делает себестоимость фильтра сравнительно дешевым ;
- Поглощает ионы тяжелых металлов и органические загрязнения;
- Для изготовления корпуса фильтра используется первичный, пищевой пластический материал;
- Обеспечит население безопасной и чистой водой;
- Является простым как по конструкции и по эксплуатации.
Запуск и работа сотрудников проекта на печи Работа сотрудников на печи для производство углеродных
для обжига сорбентов керамических сорбентов
Общий вид (а) и вид в разрезе (б) фильтра для очистки воды и сменного картриджа для очистки воды
2012-2014г.г. «Наноструктурированые углеродные адсорбенты для гемоперфузии» совместно с Университетом Брайтона (UoB, Великобритания) и Маст Карбон (Великобритания). Руковадитель - д.х.н., проф.З.А. Мансуров
2012-2014г.г. «Разработка микро/мезопористого углеродного материала для элиминации токсинов крови» и «Наноструктурированные углеродные адсорбенты для гемоперфузии», выполняемый совместно с Университетом Брайтона (UoB, Великобритания) и Назарбаев Университет (Казахстан). Руковадитель - к.х.н. Ж.М.Жандосов.
2013-2015г.г. «Нано-и Макропористые угли и керамики для разделения и очистки» «Международные научно-технические программы и проекты на 2013-2015 годы» Зарубежные партнеры: профессор Лалит Маноча (Университет Сардара Пателя, Факультет науки о материалах и центр исследований в области углерода и наноматериалов (Индия) (Vallabh Vidyanagar)). Руковадитель - д.х.н., проф.З.А. Мансуров.
2015-2017г.г. «Разработка модифицированных углеродных материалов для сорбции токсичных газов». Зарубежные партнеры - Belgian Military Academy (Брюссель, Бельгия). Руковадитель - к.х.н. А.Р. Керимкулова.
2015-2017г.г. «Наноструктурированные углеродные сорбенты для энтеральной детоксикации» Руковадитель - д.х.н., проф.З.А. Мансуров.
2016г. - Industry Academia Partnership Programme Programme of activities under the title “Surface Functionalised Nanostructured Carbon Sorbents for Health and the Environment” Руковадитель - к.х.н. Ж.М.Жандосов.
2016г. - «Разработка и производство новых высокоэффективных сорбентов и фильтров для очистки воды» Руковадитель - к.х.н. А.Р. Керимкулова
ОБОРУДОВАНИЕ
- Анализатор удельной поверхности "Сорбтометр-М"
- Пламенный фотометр FP-902-5
- Термопластавтомат
- Спектрофотометр 6705 UV-VIS Jenway (Англия)
Награды лаборатории
Контакты:
Зав. лабораторией, к.х.н., Алмагуль Рыскуловна Керимкулова
Раб. тел 8 727 254 83 62
Сот. тел 8 705 950 91 31
е-mail: info@icp.kz
д.х.н., профессор
Раушан Магзумовна Мансурова
к.х.н., г.н.с.
Бийсенбаев Махмут Ахметжанович
2% NaCl 2% NaCl + фузикокцин
Влияние биостимулятора на прорастание пшеницы сорта «Надежда» в растворе
2% NaCl - проростки семян с фузикокцином лучше развиты.
к.х.н.
Алмагуль Рыскуловна Керимкулова
к.х.н., в.н.с.
Жакпар Маратович Жандосов
Технология получения электродных материалов для литиевых источников тока
В настоящее время всё большее распространение получают средства мобильной связи, различные переносные устройства, потребляющие электроэнергию. Все они требуют применения компактных источников энергии – электрических батарей. Наилучшими техническими параметрами из них обладают литиевые источники тока.
Основные характеристики представленных на рынке изделий ниже теоретических. Это связано, в основном, с трудностями переноса и депонирования заряженных частиц в анодном материале. Для используемых в настоящее время материалов удельная емкость не превышает 330 мА·ч/г. Аноды разрушаются в процессах циклирования заряд-разряд, что приводит к раннему выходу батарей из строя и, как следствие, к увеличению стоимости владения.
Проблемы решаются применением в качестве электродных материалов продуктов карбонизации растительной клетчатки. Технический углерод, полученный путём карбонизации природных растительных материалов, наследует их исходную, глубоко организованную структуру. Меняя условия карбонизации можно получать сложные композиции углерода и термостойких органических веществ. Имеется несколько видов углеродных материалов, полученных в Институте проблем горения, являющихся достаточно перспективными для этих целей. Материалы могут быть охарактеризованы как дешёвые и безопасные для окружающей среды. Эти материалы недороги, легко синтезируются, их структура хорошо контролируется.
Материал используется в составе литиевых источников тока и является их важной функциональной частью. Параметры этих материалов определяют основные характеристики батарей - удельную ёмкость, надёжность и долговечность.
Разрядные характеристики ячеек с электродом из АК
при работе на больших токах: Li/1M LiClO4 в EC:DEC=1:1/AK
Обычно применяемый электродный материал для анодов – природный графит. Интеркаляция лития в графит может происходить до образования состава - LiC6. Это соответствует удельной емкости аккумулятора 372мА·ч/г. Для промышленных электродов удельная емкость значительно меньше. Графит – слишком жесткая система, его структура разрушается в процессах циклирования заряд-разряд, что приводит к снижению рабочих характеристик батарей. Разработанный в Институте материал отличается высокой стабильностью в процессе функционирования батарей.
Технические характеристики: Электрохимическая ёмкость –260мА·ч/г. Количество циклов перезарядки - > 200
