Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2025(16))

Введение Разработка эффективного и устойчивого гетерогенного катализатора Фентона обладает значительным потенциалом для улучшения технологии очистки сточных вод, в частности от органических красителей. В данной статье представлены новые нанокомпозитные материалы, интегрирующие наночастицы Fe3O4 в кремнеземные мезопористые молекулярные сита. Сочетание компонентов Fe и Si в железокремнеземных нанокомпозитах направлено не только на усиление разложения органического красителя, но и на решение проблем, связанных с восстановлением и стабильностью катализатора. Восстановление и стабильность свойств полученных нанокомпозитов являются их уникальной особенностью, обеспечиваемой вариативностью способа получения для разных диаметров пор, т. е. за счет адаптации размера пор, делающей эти продукты очень ценными. Значение их промышленного производства трудно переоценить, поскольку прикладная сторона массового использования в значительной степени ориентирована на конкретные области с высокой добавленной стоимостью процесса, к каким относится, например, микрогетерогенный катализ. В последние годы было проведено большое количество исследований по потенциальным модификациям и использованию обычного и легированного активным металлом мезопористого оксида кремния (IV) или пористого углеродного материала, что подтверждает желательность спроса на такое производство. Цель настоящей работы — установить взаимосвязи микроструктуры носителя и функциональных свойств железокремнеземных нанокомпозитов в окислительной деструкции органических поллютантов в водных средах. М а т е р и а лы и методы В результате работы были синтезированы нанесенные на силикагель железные и железооксидные катализаторы типа Фентона и усовершенствована технология их приготовления. Комбинированные железокремнеземные и кремнеземные мезофазы получали золь-гель методом. Ксерогели прокаливали в течение 2 ч в электропечи при температуре 650 °С в воздушной среде. Перед измерением изотерм низкотемпературной адсорбции-десорбции азота на анализаторе удельной поверхности и пористости ASAP 2020 МР (Micromeritics, США) образцы сушили при температуре 250 °С в течение 1 ч в высоком вакууме (р < 0,01 Па). Полученные изотермические данные низкотемпературной адсорбции-десорбции азота нормировали, т. е. подгоняли к стандартным моделям адсорбции. Работа относится к области исследований, посвященных поиску новых методов адаптации мезоструктуры материалов для оптимизации таких свойств, как каталитическая и адсорбционная активность. Для расширения и улучшения практических приложений адсорбционных материалов необходимо увеличить значения их удельной поверхности A b e t и объема пор. Кремнеземы групп M41S и SBA-15 синтезировали эндотемплатным методом с использованием цилиндрических мицелл катионных и неионогенных сурфактантов, которые служили шаблонами и с помощью которых повышали значения A b e t . Образцы имеют только цилиндрические поры. Достигнутый минимальный диаметр пор в материалах типа M41S составляет к 2,0 нм с максимальным значением A b e t ~ 1200 м2/г у MCM-48 и 600 м2/г у SBA-15. Измерение структурных параметров проводили в автоматизированной рентгеновской дифракционной установке Bruker ADVANCE D8 (Bruker Optik GmbH, Германия) методом рентгеновской порошковой дифракции с источником рентгеновского излучения CuKa в геометрии Брэгга - Брентано. Материалы исследовали в диапазоне малых углов от 1,0 до 10,0°. Сравнение свойств проводили на обычных лабораторно синтезированных аналогах МСМ-48 и SBA-15 как основных представителях семейства упорядоченных мезопористых кремнеземов с идентичной гексагональной структурой симметрии p6mm согласно методам в работах [1-3]. Синтезированные мезофазы M41S использовали далее в качестве основы для адсорбции катионоактивного красителя — метиленового синего. Изучали влияние условий эксперимента на адсорбционную способность MB по значению рН раствора, времени контакта, исходной концентрации красителя, количеству адсорбента. Для исключения влияния конкурирующего процесса адсорбции образцы индивидуальных силикатных и комбинированных железосиликатных мезофаз типа Fe@SBA-15 и Fe@MCM-48 насыщали раствором метиленового синего в темноте в течение 90 мин. Адсорбционные свойства образцов изучали в статических условиях при V/m = 500 см3/г Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 4. С. 56-61. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 4. P. 56-61. © Копыш Е. А., Кузнецова Т. Ф., Прозорович В. Г., Иванец А. И., 2025 57