Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка наноструктурированных материалов концентраторов и сенсоров для систем детектирования опасных химических веществ

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3338
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Внебюджетные средства
7,7 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
01.08.2007 - 31.10.2007
С целью разработки новых адсорбционных материалов, способных выступать в роли концентраторов опасных химических веществ, содержащихся в воздухе, был проведен патентный поиск и определен круг материалов, используемых в качестве сорбентов сероводорода, окиси углерода или фосфорсодержащих соединений. Проанализированы возможности использования этих материалов для концентрирования малых количеств токсичных соединений. Показана принципиальная возможность использования сорбентов для концентрирования малых количеств примесей опасных химических веществ в воздухе. Рассмотрены различные подходы к процессу концентрирования и параметры, влияющие на эффективность концентрирования токсичных продуктов для их последующего детектирования газовыми сенсорами. Проведен анализ литературы по синтезу и оптимизации материалов для систем каталитического разложения и концентрирования опасных химических веществ в воздухе. Разработаны методы синтеза адсорбентов с комбинированной микро-мезопористой структурой, специфичных по отношению к сероводороду, окиси углерода и фосфорсодержащим соединениям.
В ходе выполнения 1 этапа все поставленные задачи были решены полностью и в срок.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
С целью разработки новых газочувствительных материалов для полупроводниковых газовых сенсоров проведен анализ научно-технической литературы, который показал принципиальную возможность использования нанокомпозитов для детектирования примесей опасных химических веществ в воздухе на уровне предельно допустимых концентраций. Определен круг материалов, перспективных для обнаружения сероводорода, окиси углерода или фосфорсодержащих соединений. Определены условия синтеза нанокристаллических полупроводниковых оксидов, представляющих практический интерес для создания селективных газовых сенсоров на токсичные газы. Синтезированы нанокристаллические образцы во всём диапазоне составов в системах SnO2-Fe2O3 и SnO2-V2O5 с контролируемым размером частиц от 3 до 50 нм и величиной удельной площади поверхности более 100 м2/г, исследована их структура, состав и электрофизические свойства.
В ходе выполнения 2 этапа все поставленные задачи были решены полностью и в срок.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Проведен детальный физико-химический анализ свойств адсорбентов для концентрирования серо- и фосфорсодержащих соединений. Показана возможность эффективного концентрирования малых количеств фосфорсодержащих веществ на кремнийоксидных сорбентах. Обнаружено, что основным фактором, влияющим на эффективность использования сорбента для концентрирования малых количеств фосфорсодержащих веществ, является скорость термодесорбции.
Изучена возможность использования мезопористых молекулярных сит в качестве сорбентов для концентрирования микроколичеств сероводорода из воздуха. Наиболее эффективные сорбенты были протестированы в комбинированной системе концентратор-сенсор, определены условия работы такой системы.
Исследованы сенсорные свойства нанокристаллических материалов при детектировании H2S, СО и фосфорорганической молекулы диметилметилфосфоната в воздухе. Для исследования выбраны нанокомпозиты на основе оксида олова, химически модифицированные оксидами меди, железа, лантана, рутения и сурьмы. Измерены зависимости сенсорного сигнала чувствительных материалов от температуры и концентрации целевых соединений в воздухе. Определены оптимальные режимы работы сенсора.
Проведены тестовые лабораторные испытания совместного использования концентратора и сенсора для обнаружения опасных химических соединений, в частности, сероводорода. Показано, что такой метод позволяет повысить чувствительность и селективность детектирования.
В ходе выполнения этапа 3 все поставленные задачи были решены полностью и в срок.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
В соответствии с календарным планом работ был создан лабораторный прототип мультисенсорной системы детектирования опасных химических веществ с предварительным концентрированием пробы.
Проведенные испытания по детектированию сероводорода, окиси углерода и фосфорорганического соединения – димитилметилфосфоната - показали, что при применении разработанной системы возможно снижения минимальной концентрации детектируемого вещества в 7-12 раз. Экспериментально подтверждено, что система способна стабильно определять целевое соединение в течение более 1000 циклов адсорбции-термодесорбции. Адсорбционные материалы, используемые для концентрирования опасных химических веществ, обеспечили полноту извлечения целевого компонента из потока воздуха на уровне выше 99%. Полнота десорбции целевого компонента составила не менее 98%. Все показатели работы мультисенсорной системы соответствуют либо превышают требования технического задания.

2.2. В ходе работы для повышения чувствительности детектирующей системы удалось совместить работу адсорбционных концентраторов, функционирующих в циклическом режиме адсорбции-термодесорбции, с детектированием опасных химических веществ с помощью новых полупроводниковых сенсорных материалов. Совместная работа концентраторов и сенсоров привела к существенному снижению минимально детектируемого содержания целевых агентов в воздухе.
Примененный в работе подход отвечает современным мировым тенденциям развития систем детектирования основных загрязнителей воздуха, а разработанные наноструктурированные материалы концентраторов и сенсоров являются новыми и оригинальными. Результаты работ были доложены на международных конференциях 4th International FEZA Conference (Франция, август 2008 г.) и Eurosensors XXII, (Германия, сентябрь 2008 г.).

2.3. Проведенные на отчетном этапе испытания лабораторного прототипа мультисенсорной системы детектирования опасных химических веществ с предварительным концентрированием пробы продемонстрировали, что все тенденции и закономерности, установленные при выполнении предыдущих этапов работы и описывающие независимую работу адсорбционных концентраторов и полупроводниковых сенсоров, полностью выполняются при переходе к комбинированной системе концентратор-сенсор. Таким образом, независимо изучая свойства адсорбентов и сенсорных материалов, можно теоретически предсказать положительный эффект снижения минимально детектируемых концентраций загрязнителей воздуха, достигаемый при их совместной работе.

2.4. По результатам работ на отчетном этапе подана заявка на получение патента РФ № 2008142447 от 28.10.2008.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Тема
Физико-химические процессы в камерах сгорания, внутреннем тракте и в выхлопных струях реактивных двигателей и энергоустановок и формирование экологически опасных веществ.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
2
Тема
Сенсоры на основе полупроводниковых наноструктурных оксидов металлов для детектирования токсичных и взрывоопасных газов в воздухе.
Продолжительность работ
2009 - 2011, 30 мес.
Бюджетные средства
75 млн
Количество заявок
5
Тема
Оптические химические сенсоры на основе наночастиц, нановолноводов и фотонных структур.
Продолжительность работ
2009 - 2011, 30 мес.
Бюджетные средства
75 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка и создание интеллектуального мультисенсорного газоаналитического устройства с применением газовых сенсоров на основе наноструктурированных материалов и электропроводящих органических полимеров.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Физико-химические параметры и механизмы дифференциации вещества мантийных плюмов.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1