Залучення здобувачів другого магістерського рівня вищої освіти до науково-дослідної роботи

Акти впровадження результатів наукових розробок та досліджень магістрів в учбовий процес

Напрямки наукової діяльності кафедр, де залучені магістри ОНП

Перелік фундаментальних наукових досліджень, прикладних наукових досліджень, науково-технічних (експериментальних), що виконувались на ХТФ протягом  2020-2025 р.

 

№ 2707п «Хімічно модифіковані мембрани для оперативного виявлення у природних водах нітрогенвмісних сполук як маркерів вибухових речовин» (науковий керівник - Донцова Т.А., відповідальний виконавець - Косогіна І.В.) 2024-2026.

 

Проєкт спрямований на вирішення проблеми оперативного виявлення небезпечних речовин у прісних водних об’єктах, що з’явились внаслідок військової агресії росії. В проєкті передбачена розробка інноваційного оперативного та мобільного способу визначення нітрогенвмісних сполук у воді в надзвичайно малих кількостях, що слугують маркерами вибухових речовин або продуктів їх розкладу.

 

2710п «Гідрогелеві матеріали на основі іонних рідин з розширеними функціональними властивостями» (хіміко-технологічний факультет, керівник В.І. Воробйова, відповідальний виконавець Васильєв Г.С.) 2024-2026 рр.

 

Проєкт направлений на створення нових функціональноорієнтованих гібридних гідрогелевих матеріалів та нанокомпозитів на їх основі із використанням екологічних іонних рідин нового покоління. На основі комплексу теоретичних та експериментальних досліджень будуть розроблено спосіб та визначені параметри одержання гібридних гідрогелевих матеріалів і евтектогелів, встановлено вплив умов одержання на їх фізико-хімічні та функціональні властивості з подальшим встановленням технологічних особливостей одержання матеріалів різного хімічного складу і морфології медико-біологічного, технологічного та екологічного призначення. Зокрема, особливу увагу буде приділено визначенню факторів цілеспрямованого колоїдно-хімічного керування властивостями гідрогелів, на основі нового типу іонних рідин – низькотемпературних евтектичних розчинників, кінетиці полімеризації, способах введення модифікатора і процесах внутрішнього наноструктурування металів в металонаповнених гідрогелевих композитах, що дозволить розробити технологічні рекомендації щодо складів полімерних розчинів і методик отримання гібридних гідрогелевих матеріалів з комплексом прогнозованих функціональних властивостей (покращеними фізико-механічними теплофізичними, струмопровідними, магнітними і сорбційними властивостями, високою біосумісністю та пролонгуючою дифузною здатністю стосовно бактерицидів, антибіотиків, протизапальних, знеболюючих сполук, які можуть застосовуватись на етапі лікування, медичної евакуації та реабілітації з метою надання своєчасної та ефективної домедичної допомоги на полі бою).

2711п «Новітні селективні індикаторні системи для оцінки стану морського довкілля України», (хіміко-технологічний факультет, керівник С.О. Кирій)

НФДУ «Наука для зміцнення обороноздатності України». Інноваційні методики та засоби швидкого визначення забруднюючих речовин на основі сполук гідразину, що потрапляють в навколишнє середовище внаслідок воєнних дій та аварійного розливу ракетних/авіаційних палив. (Науковий керівник – Лінючева О.В.) 2024-2026.

 

Проєкт передбачає створення засобів визначення сполук гідразину у повітряному і водному середовищах як наслідку воєнних дій та аварійних розливів ракетного/авіаційного палива, зокрема пускового палива газової турбіни аварійної силової установки літаків F-16. Основою цих засобів мають стати електрохімічні сенсори з 3D- електродами із вентильних металів, активованих наноструктурованими оксидами перехідних металів і каркасними органічними сполуками. Сенсори оперативного контролю повітря будуть засновані на матричних електролітах, а для водних об’єктів – на квазітвердих протонпровідних, придатних до умов насиченої вологості. Селективність і роздільну здатність сенсорів заплановано підвищити розробкою медіаторної системи матричного електроліту та системи інжекції реактивів в потік аналізованого водного середовища. Результати комплексу досліджень кінетики окисно-відновних процесів в обраних системах дозволять знизити собівартість створених сенсорів і стати Україні імпортонезалежною.

 

2044п «Високоефективна модифікація поверхні металу екологічно-безпечними сполуками для надання нових функціональних властивостей» (хіміко-технологічний факультет, керівник Т.С. Жук, відповідальний виконавець Васильєв Г.С.) (2017-2020 рр)

Запропановано нові високоефективні методи функціональної модифікація металевої поверхні похідними діамондоїдів, екстрактами рослинної сировини та природими компонентами корозійного середовища. Проведено комплексне дослідження структури та властивостей модифікованої поверхні. Встановлена антикорозійна та антискаланта еффективність екстрактів відходів агро-промислового комплексу (жому буряку, ріпаку та редьки). Ці властивості виявляють, зокрема, екстракти ріпаку та редьки за рахунок наявності у складі екстрактів природних полімерів (ізотіоціанантів ~ 40%). Визначення закономірностей формування шару на поверхні металу. Мікроскопічні дослідження свідчать, що товщина захисних плівок становить від 200 нм до 800 нм в залежності від модифікуючого реагенту, межі поділу фаз у системах: рідина/тверде тіло, газопарова фаза/тверде тіло. Встановлено залежності між адсорбційною активністю органічних сполук та енергетичними параметрами. Встановлено,що «зелені» екологічно-безпечні сполуки мають проявляють антикорозійні та антискалантні властивості. Розроблені композиційні суміші рослинних екстрактів із вмістом карбофункціональних алкокисиланів, що відрізняються здатністю формувати “смарт-наноструктури”, та забезпечують високі протикорозійні властивості покриттів. Встановлено режими ультразвукової обробки середовища, за яких відбувається посилення протикорозійних властивостей карбонатних осадів на поверхні металу. Зокрема встановлено, що ультразвукова обробка з інтенсивністю 2-4 Вт/см² в процесі формування шару осаду підвищує його захисні властивості у 3-5 разів, зменшує тривалість формування захисного шару у 2 рази та зменшує його товщину. На основі отриманих даних розроблено технологічні рекомендації по ультразвуковій обробці промислових теплообмінників для захисту від накипу та корозії. Розроблено установку для дослідження антискалантних властивостей, що дозволяє проаналізувати ефективність реагентів саме для запобігання поверхневому накипоутворенню, а також значно прискорює тривалість отримання результату порівняно із відомими методиками. Використання розробленої установки дозволяє оцінювати одночасно антискалантні властивості реагентів та блокувальні властивості поверхневих шарів.

Результати роботи виконано у навчальному процесі в курсах «Комп’ютерна хімія», «Комп’ютерні технології в науковій та інженерній діяльності в технічній електрохімії», «Методи захисту металів від корозії та захист на стадії проектування».. Опубліковано 20 наукових статей, з яких 12 – у виданнях, що входять до науко метричних БД, 5 – у фахових наукових виданнях України; зроблено 11 доповідей на міжнародних наукових конференціях. Опубліковано 4 друкованих аркуша розділу монографії.  Захищено 4 кандидатські дисертації з яких 1 дисертація на здобуття наукового ступеня к.т.н., 1 дисертація на здобуття наукового ступеня к.ф-м.н та двох дисертацій на здобуття наукового ступеня к.х.н. Робота відповідає світовому рівню. Компанією «АКВА-ХОЛДИНГ» (м. Дніпро) проведено дослідно-промислові випробування з використання інгібіторів.

 

2204п «Новітні ефективні технології кондиціювання біохімічно оброблених стічних вод для повторного промислового використання» (хіміко-технологічний факультет, керівник І.М. Астрелін)

 

2214п «Неруйнівний контроль і засоби визначення впливу корозійних пошкоджень і процесів старіння на елементи авіаційних конструкцій» (хіміко-технологічний факультет, керівник О.І. Букет)

 

2223п «Нові нанодисперсні та наноструктуровані металовмісні оксидні матеріали поліфункціонального призначення» (хіміко-технологічний факультет, керівник Г.С. Васильєв, відповідальний виконавець Воробйова В.І.)

Запропановано нові методи «зеленого»/фітохімічного, утразвукового, сольвотермального та CVD синтезів нанодисперсних та наноструктурованих оксидних матеріалів, встановлено їх структури та виявлено їх фізико-хімічних властивості. «Зеленим»/фітохімічним методом синтезу отримано нанодисресії срібла (НЧ Ag) використовуючи як відновник та стабілізатор водні екстракти жмиха абрикосу (Prúnus armeníaca), винограду (Vitis), гранату (Punica) та чорної смородини (Ríbes), що дає можливість поліпшити екологічні параметри матеріалів та затрати при синтезі. Проведено комплексне дослідження фізико-хімічних властивостей отриманих нанодисперсій срібла. Мікроскопічні дослідження свідчать, що середній розмір частинок срібла становить до 80 нм. Встановлено, що нанодисперсії мають високу агрегативну стійкість. Визначена загальна антиоксидантна/антирадикальна активність відносно стабільних вільних радикалів системи ДФПГ (DPPH) -2,2-дифеніл-1-пікрилгідразил радикалу та системи (ABTS). Вивчена антибактеріальна дія відносно грам негативних та грам позитивних бактерій (Escherichia coli та B. subtilis). Електрохімічним методом циклічної вольтамперометрії досліджено окисно-відновні властивості нанодисперсій срібла. Отримано композитний матеріал на основі глинистих мінералів та нанодисперсного розчину срібла (НЧ Ag) та вивчено їх антибактеріальні властивості. Скануючою електронною мікроскопією доведено, що отриманий композит (Екстракт-AgNPs/Каолін композит) містить стабільні високодисперсні частинки нанорозмірного срібла розміром 20-80 нм. Отримані нанопорошки містять 6,6 % срібла. Проведена модифікація одержаним наночастинками срібла оксид титану (ІV) та вивчена його фотокаталітичнаактивність по відношенню до барвників в водних розчинах.

Результати роботи виконано у навчальному процесі в курсі «Нанохімія». Одна робота студента за темою досліджень отримала призове місце у Всеукраїнському конкурсі магістерських робіт. Опубліковано 4 наукові статті, з яких 2 – у виданнях, що входять до науко метричних БД, 2 – у фахових наукових виданнях України; зроблено 6 доповідей на міжнародних наукових конференціях. Опубліковано 3 друкованих аркуша розділу монографії. Захищено 3 магістерські дисертації. Робота відповідає світовому рівню. Компанією «Looky Look» (м. Київ) проведено дослідно-промислові випробування з використання нанодисперсій срібла (у косметична продукція: креми, лосьйони для обличчя).

2209п «Сенсорні засоби моніторингу довкілля та технологічні засади очищення водного середовища на основі новітніх нанодисперсних адсорбційних матеріалів» (хіміко-технологічний факультет, керівник О.В. Лінючева)

2504п «Наукові основи розширення фонду джерел водозабезпечення населення, усунення загроз національній безпеці України в екологічній сфері», хіміко-технологічний факультет, керівник М.Д. Гомеля)

2509п «Електрохімічні системи визначення оксиду азоту (ІІ) для моніторингу повітряного середовища та для використання в медико-біологічних дослідженнях» (хіміко-технологічний факультет, керівник О.В. Лінючева)

Доповнено наукові знання щодо кінетичних ускладнень прямого електрохімічного окиснення оксиду азоту на благородних металах і напівпровідникових оксидах перехідних металів та їх модифікованих композицій, за яких швидкість цільової реакції виявилася меншою за швидкість побічних, що надмірно збільшує похибку вимірювань. Одержано нове наукове знання щодо термодинамічної можливості окиснення оксиду азоту гомогенною йод-йодатною медіаторною редокс-системою у водному розчині, кінетична доцільність чого доведена експериментально завдяки виявленій ексклюзивній селективності напівпровідникового діоксиду титану на поверхні титанової основи до реакції відновлення галогенового медіатора. Створено дослідний зразок та технічний опис триелектродного сенсора з титан-діоксиднотитановим 3D-електродом і медіаторною йод-йодатною системою для прямого, безпосереднього і ексклюзивно селективного вимірювання оксиду азоту(ІІ); сенсор доповнить лінійку уніфікованої серії КПІ ім. Ігоря Сікорського.

Одержано принципово нове наукове знання щодо кінетики газофазних реакцій і показано, що окиснення оксиду азоту хлором наштовхується на неочікувані кінетичні ускладнення при тому, що зі слабшим окисником, киснем, реакція перебігає легше, а для сірководню взагалі вперше вдалося реалізувати газофазне кулонометричне титрування хлором з похибками менше 5 %. Одержано нове наукове знання щодо можливості та кінетики (кінетичні графічні залежності) електрохімічного самовільного окиснення оксиду азоту на діоксиді мангану у системі з твердою гетерополісурмяною кислотою, а також на дрібнодисперсному перманганаті калію на носії з силікагелю, які принципово не потребують осушення газової проби на відміну від існуючих аналогів.

Створено сенсор з медіаторним каталізом відновлення діоксиду азоту для зворотного редокс-метода доповнено третім, компенсаційним електродом і одержано нове наукове знання щодо апаратної компенсації фонового струму шляхом опозитного включення струмів робочого і компенсаційного електродів, завдяки чому сумарний фоновий струм знизився втричі, й відповідно знизилася нижня межа вимірювання. Створено систему моніторингу оксиду азоту зворотним редокс-методом з безеталонним вимірюванням діоксиду азоту, утвореного попереднім окисненням визначуваного газу у фільтр-трубках з вперше розробленими окиснювачами, які не потребують осушення газової проби; встановлено, що створена система забезпечує похибку вимірювання менше 4 % без будь-яких калібрувань і повірок.

Результати роботи впроваджено у навчальний процес:видано Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни  «Інноваційні сенсорні методи для моніторингу техногенних середовищ «[Електронний ресурс]: для студентів спеціальності 161 «Хімічні технології та інженерія» спеціалізації «Електрохімічні технології неорганічних та органічних матеріалів» рівня «магістр. Опубліковано 30 наукові праці, з яких 14 – у виданнях, які входять до міжнародних наукометричних БД (Scopus, Web of Science); опубліковано 1 монографію. Подано 2 патенти на винахід і 4 на корисну модель та одне свідоцтво на авторське  право на Звіт і  одне свідоцтво авторського права на твір (монографія). Результати розробки сенсорів відповідають світовому рівню, а створена безеталонна система немає аналогів в світі. Результати роботи використано на підприємствах ТОВ НВП «Оріон»; ТОВ «ВІАВЕСТ», ФОП «Левчук» на основі госпдоговірної тематики, що підтверджено актами випробування, апробації та впровадження.

2403п «Створення селективно реакційних металічних та композитних наноматеріалів з використанням екологічних іонних рідин нового покоління» (хіміко-технологічний факультет, керівник Воробйова В.І.)

 

Запропоновано нові методи синтезу металічних, металоксидних матеріалів та нанокомпозитів на їх основі із біосумісно/біорезистентними, фото /електрокаталітичнми, антиоксидантнми та антибактеріальними властивостями при використанні екологічних іонних рідин нового покоління. Встановлені режими процесів електрохімічного синтезу багатокомпонентних наноструктурованих Ni та Ni-W покриттів із неводних розчинів з каталітичними властивостями. Застосування в процесі синтезу низькотемпературних евтектичних розчинників (НЕР), дозволило отримати матеріали контрольованої морфології та складу для виготовлення нанокомпозитних та нанобіоміметичних матеріалів градієнтнофункціонального спектру призначення — фотокаталізатори, антиоксиданти, сорбенти для водоочищення, матеріали/електроди із покриттям, що мають каталітичні властивості. Визначені основні фізико-хімічні та колоїдно-хімічні властивості нових розчинників (молочна кислота–бетаїн/або пролін, холін хлорид–амінокислота (бетаїн/або пролін), холін хлорид–поліоли (1,2-пропандіол/пропіленгліколь): електропровідність, рН, в’язкість та екстракційна ефективність. «Зеленим» методом синтезу отримано нанодисресії срібла (НЧAg) та золота (НЧAu) використовуючи як відновник та стабілізатор екстракти жому томату, винограду на основі НЕР, що дає можливість поліпшити екологічні параметри матеріалів та затрати при синтезі. Проведено комплексне дослідження фізико-хімічних властивостей отриманих нанодисперсій срібла та золота. Мікроскопічні дослідження свідчать, що середній розмір частинок срібла становить до 15-25 нм та 5-15 нм для НЧAg та НЧAu, відповідно. Встановлено, що нанодисперсії мають високу агрегативну стійкість. Визначена загальна антиоксидантна/антирадикальна активність відносно стабільних вільних радикалів системи ДФПГ (DPPH) -2,2-дифеніл-1-пікрилгідразил радикалу та системи AБТС (ABTS) 2,2-азино–біс(3–етилбензтіазоліно–6–сульфонова кислота). Вивчена антибактеріальна дія відносно грам негативних та грам позитивних бактерій (Escherichia coli та B. Subtilis). та грибів Сandida. Проведено тест на ген токсичність нанодисперсій (Allium test) і підтверджено низьку токсичність наночастинок. Проведена модифікація одержаними наночастинками срібла низьковартісних керамічних підложок та вивчено їх антибактеріальні властивості.

Результати роботи використано у навчальному процесі в ОК, «Токсикологічна хімія». Опубліковано 21 наукова стаття, з яких 10 – у виданнях, що входять до науко метричних БД, 11 – у фахових наукових виданнях України; зроблено 15 доповідей на міжнародних наукових конференціях. Опубліковано 2 др. ар. розділу монографії мовою країн, які входять до Організації економічного співробітництва та розвитку (далі – ОЕСР) та 10,2 др.а українським видавництвом державною мовою. Матеріали увійшли до 2 навчальних посібника для здобувачів спеціальності 161 Хімічні технології та інженерія. Захищено 6 магістерських дисертації, та 2 дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора філософії із спеціальності 161. Хімічні технології та інженерія, 101. «Екологічна безпека» та при підготовці 1 докторської дисертації (05.17.14 – Хімічний опір матеріалів та захист від корозії) Робота відповідає світовому рівню. Від компаній «Експерт косметик» та УКРОРГСИНТЕЗ одержано листи підтримки для подальшого опробування  розроблених підходів виробництв нових матеріалів.

 

2514п «Адитивна технологія електроосадження металів для 3D-друку» (хіміко-технологічний факультет, керівник Васильєв Г.С.)

Адитивне виробництво металевих деталей методом локального електроосадження – новий перспективний напрям, що має ряд унікальних особливостей. Використання електролізу дозволяє виготовляти металеві вироби за кімнатної температури з високою точністю при малих енергетичних витратах. Точність та швидкість електрохімічного 3д-друку знаходяться в оберненій залежності, а тому важливим є пошук оптимальних умов електроосадження з максимальною швидкістю без погіршення точності. Комп’ютерним моделюванням встановлено оптимальні умови електроосадження: відстань між краєм капіляра та поверхнею, на якій відбувається осадження, не більше 0,5 мм, електроліт, в якому величина оберненого нахилу катодної поляризаційної кривої становить не нижче 2000 мА/(Всм2) та електропровідність не вище 0,02 См/с. Досліджено вплив складу електроліту на обернену поляризованість катодного процесу та його електропровідність. Підібрано оптимальний склад електроліту, що містить 200 г/л CuSO4, 60 г/л H2SO4, 0,2 г/л KCl та добавку RUBIN T-200. В обраному електроліті величина оберненого нахилу катодної поляризаційної кривої становить 2120 мА/(Всм2). Проведено верифікацію процесу локального електроосадження в обраному електроліті при статичному електроформуванні циліндричного об’єкту діаметром 4 мм і висотою 100 мкм, а також при русі робочого електрода і формуванні об’єкту у формі кільця. Визначено, що за межами капіляру робочого електрода осаджено не більше 5 %.

          Захищено 1 докторську, 1 магістерська дисертація. До роботи залучено 3 студенти. Опубліковано 3 статті у виданні, що індексується у БД Scopus, 2 статті у фахових виданнях України. Зроблено 4 доповіді на всеукраїнських та міжнародних конференціях. Подано 1 заявку в Україні на корисну модель.

2709п «Інноваційна технологія оперативного виявлення забруднювачів, що потрапляють у водні об’єкти внаслідок військових дій» (хіміко-технологічний факультет, керівник О.В. Лінючева)

 «Дослідження стійкості сформованих фемтосекундним лазером та органічно покритих супергідрофобних поверхонь в уф-середовищі» (Хіміко-технологічний факультет, керівник О.В. Миронюк), 2023 р.

 

          Визначено особливості топографії поверхонь отриманих екстрактивним методом. Охарактеризовано стійкість станів змочування поверхнево модифікованих текстурованих поверхонь. Визначено закономірності формування адитивних текстурованих поверхонь та особливості їх топографії та властивостей змочування. Встановлено стійкість водовідштовхувальних властивостей поверхонь в умовах дії ультрафіолетового опромінення та інших агресивних факторів. На основі результатів виконаних досліджень здійснено вибір LIPSS текстур та їх комбінацій з мікротекстуруванням як найбільш ефективних і стабільних водовідштовхуючих структур. Для подальших досліджень обрано силіцій- та фторорганічні модифікатори, використання яких дозволяє досягти значень кута змочування поверхонь до 164° та стабільності в умовах уф-опромінення вище в 3,5-5 разів у порівнянні з аліфатичними модифікаторами. Розроблено підхід до оцінки енергії текстурованих поверхонь за рахунок аналізу кривих змочування  пробними рідинами з діапазоном поверхневого натягу 18-73 мН/м.

          Результати роботи можуть бути застосовані при проектуванні стійких водовідштовхуючих поверхонь типу адитивних та екстрактивних покриттів, а саме: параметри оперування фемтосекундного абляійного лазеру, тип гідрофобізуючої речовини та методика обробки текстурованої поверхні, визначення стійкості поверхонь до дії ультрафіолетового опромінення, рідин з пониженим поверхневим натягом, води та її потоку.  Результати НДР використано в матеріалах лекційного курсу з дисципліни «Експлуатаційна надійність конструкційних матеріалів лекції» (підрозділ «Особливості руйнування текстурованих композитних поверхонь»).

          Захищено 1 дисертацію доктора філософії. До роботи залучено 1 аспіранта. Опубліковано 3 статті у виданні, що індексується у БД Scopus та 1 статтю у фаховому виданні України. Зроблено 2 доповідей на всеукраїнських та міжнародних конференціях.

«Синтез низьковартісних керамічних мембран контрольованого дизайну для мобільних MF/UF/NF систем» (Хіміко-технологічний факультет, керівник Т.А. Донцова).

 

  Одержано новітні вітчизняні зразки пласких керамічних мембран різного складу та досліджено їх механічні, транспортні, антибактеріальні, електричні властивості: міцність близько 8-45 МПа; негативний заряд керамічних мембран сприятиме запобіганню фоулінгу в процесі їх експлуатації; пропускна здатність – 30–50 см³/(хв·см²). Синтезовано селективні шари на основі титану оксиду комбінованим методом з використання технології dip-coating. Проведено лабораторні, напівпромислові та промислові дослідження керамічних мембран. Напівпромислові випробування свідчать про значне зниження забарвленості та мікробіологічного забруднення модельних та реальних вод. Розроблено мобільну установку для очищення природних та стічних вод. Надано рекомендації щодо виготовлення та технічних характеристик керамічних мембран та мембранних модулів.

Результати НДР використано в матеріалах лекційних курсів, практичних і лабораторних занять із дисциплін «Передові мембранні технології для екологічного застосування» та «Технології нульового забруднення».

  Захищено 1 PhD дисертацію, 1 докторську дисертацію, 5 магістерських дисертацій. До роботи залучено 10 студентів. За результатами НДР опубліковано та подано 22 статті, 14 у журнали, що входять до WoS/Scopus, 8 – у фахові. Отримано 1 патент на корисну модель, подано 1 патент на корисну модель та 1 патент на винахід. Опубліковано 1 монографію.