ҚазҰУ ғалымдары ауадағы, судағы және топырақтағы улы қосылыстарды анықтайтын жаңа наноматериал жасап шығаруда

Ұшпа органикалық қосылыстар (ҰОҚ) — жоғары ұтқырлығы мен трансшекаралық таралуы себепті ең қауіпті экологиялық ластаушылардың бірі. Атмосферада олар фотохимиялық реакцияларға түсіп, тропосфералық озон мен аэрозоль бөлшектерін түзеді, ал су экожүйелерінде биогеохимиялық циклдерді бұзып, тағамдық тізбекте жинақталады. ДДҰ мәліметінше, ауа сапасының нашарлауы жыл сайын 7 миллионнан астам тыныс алу және жүрек-қантамыр ауруларының себебі болып отыр.

Тіпті төмен концентрацияда да ҰОҚ мутагенді және канцерогенді қасиет көрсетуі мүмкін, созылмалы аурулар тудырып, репродуктивті функцияға теріс әсер етеді. Дәстүрлі анализ әдістері — сұйық-сұйық және қатты фазалы экстракция — улы еріткіштерді қажет етеді, күрделі әрі қымбат. Сондықтан жаңа, "жасыл" әрі жоғары сезімтал сорбенттерге негізделген анықтау құралдарын жасау аса өзекті.

Ауа, су және топырақтағы ҰОҚ концентрациясын жоғары дәлдікпен анықтай алатын жоғары тиімді «Needle Trap» (NTD) құрылғыларын жасау үшін жаңа металл-органикалық каркасты құрылымдарды (MOF) әзірлеу және синтездеу.

Жобада алғаш рет химиялық құрамы бірдей, бірақ кристалдық құрылымы әртүрлі екі MOF типі — классикалық ZnMOF-74 және жаңа ZnMOF-74a — салыстырмалы түрде зерттеледі. ZnMOF-74a құрылымындағы цинк иондарының орналасуы дәстүрлі MOF-74-тен ерекшеленеді, бұл ірі молекулалармен координацияны күшейтуі мүмкін деген ғылыми гипотеза тексеріледі. Сондай-ақ MOF бетіндегі бәсекелес адсорбция механизмдері алғаш рет терең зерттеліп, көпкомпонентті Ленгмюр моделі негізінде теориялық болжау жүйесі құрылады. Ауа, су және топырақ үлгілерінің барлығына жарамды әмбебап пробоотбор құрылғысы алғаш рет жасалады, бұл әртүрлі мамандандырылған приборларды алмастыруға мүмкіндік береді.

Жоба жеті кезеңнен тұрады: MOF синтезі мен сипаттамасын анықтау; синтезделген MOF негізінде NTD құрылғысын жобалау және оңтайландыру; ауа, су және топырақ үлгілері үшін пробоотбор параметрлерін оңтайландыру; термодесорбция шарттары мен ГХ-МС негізіндегі анализ әдісін әзірлеу; адсорбция мен десорбцияның теориялық модельдерін құру; әзірленген әдістеменің дәлдігі мен сезімталдығын валидациялау; және нақты қоршаған орта үлгілерінде апробациялау мен пайдаланушы нұсқаулығын дайындау.

ZnMOF-74 мен ZnMOF-74a гидротермалды синтез арқылы алынады, олардың құрылымы XRD, ИҚ-спектроскопия, электрондық микроскопия, термогравиметриялық талдау (TGA) және БЭТ әдісімен сипатталады. NTD құрылғысы 22 gauge тот баспайтын болат инеге сорбентті орналастыру арқылы жасалады. Ауа үлгілері үшін белсенді пробоотбор, су үлгілері үшін Purge & Trap әдісі, топырақ үшін тепе-теңдік әдісі қолданылады. Анализ газды хроматография-масс-спектрометрия (ГХ-МС) арқылы жүргізіледі, ал адсорбция механизмдері кеңейтілген Ленгмюр моделі мен селективтілік коэффициенттерін есептеу негізінде зерттеледі.

Жоба нәтижелері Алматы, Астана, Қарағанды, Теміртау, Өскемен, Шымкент сияқты экологиялық проблемалы аймақтарда қолданылуы мүмкін. Зерттеу халықаралық ғылыми базаларда (Scopus, ScienceDirect, Web of Science) жарияланады, ал Дервент Инновациялар Индексіне (Clarivate Analytics) енетін патент алу жоспарлануда, бұл жобаның халықаралық деңгейдегі ғылыми-техникалық маңызын арттырады.

Әзірленген технология «ҚазМұнайГаз», «Теңізшевройл», «АрселорМиттал Теміртау», «Қазцинк» сияқты өнеркәсіп кәсіпорындарында, сондай-ақ муниципалды экологиялық қызметтерде және Қазақстан Республикасы Экология және табиғи ресурстар министрлігінде қолданыла алады. Бұл мониторинг шығындарын азайтып, ластануды бақылаудың дәлдігі мен жеделдігін арттырады, халық денсаулығын сақтауға оң әсер етеді.

Web of Science Q1 квартиліне кіретін немесе Scopus CiteScore процентилі кемінде 80 болатын журналдарда кемінде 1 мақала; Derwent Innovations Index (Clarivate Analytics) базасына енетін кемінде 1 патент; ҚР БҒСБК ұсынған журналдарда кемінде 1-2 мақала жарияланады.

36 айға (2025-2027 жж.) есептелген бұл жоба Қазақстанда MOF негізіндегі жаңа буын экологиялық мониторинг құралдарын жасаудың алғашқы жүйелі талпыныстарының бірі болады. Жоба материалтану, аналитикалық химия, физикалық химия және экология салаларының тоғысында жаңа білім қалыптастырып, отандық ғылымның халықаралық аренадағы беделін нығайтады.