Выпуск журнала "Сверхкритические Флюиды: Теория и Практика" за 2016 год

Обложка свежего выпуска

Год выпуска

Номер выпуска

Язык статей

Сортировка

2016, №1

сс. 5-15

От редакции

2016, №1

сс. 16-24

Статьи

Ключевые слова: сверхкритическая вода, сверхкритический гексан, углеродные нанотрубки, оксид алюминия, наноматериалы, композитные материалы

Наноразмерные композиты многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) и Al2O3 впервые получены в сверхкритических флюидах при использовании воды, гексана и их смеси в качестве рабочей среды. Для сравнения подобные материалы также синтезированы в гидротермальных условиях и с применением золь-гель метода. Полученные композиты охарактеризованы методами электронной микроскопии, термогравиметрического и рентгенофазового анализа. Установлено, что структура получаемых материалов зависит от выбора исходного флюида. Наиболее однородный композит с частицами оксида алюминия, сопоставимыми по размеру с диаметром УНТ и стабилизированными на их поверхности, синтезирован с использованием смеси гексана и воды в качестве рабочей среды. При использовании этих сред по отдельности наблюдалось либо образование механической смеси крупных кристаллов Al2O3 и УНТ, либо зауглероживание поверхности УНТ продуктами пиролиза гексана.

2016, №1

сс. 25-31

Статьи

Ключевые слова: сверхкритическая экстракция, фреоны, диоксид углерода, ксеногенный матрикс

Показана возможность использования суб- и сверхкритических фреонов в процессе очистки костного матрикса. Установлено, что использование фреона 22 позволяет значительно сократить продолжительность процесса очистки костного матрикса по сравнению с диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии. Фреоны 23, 134а и 407c, не содержащие атомов хлора, оказались практически неэффективными в данном процессе.

2016, №1

сс. 32-42

Статьи

Ключевые слова: сверхкритический СО2, полимеры, импрегнация, метод спиновых зондов

Метод спинового зонда применен для исследования процессов импрегнации поликарбоната (ПК) на основе бисфенола А, полиэтиленоксида (ПЭО) и сшитого сополимера акриловой кислоты и акриламида (ПАА) органическими молекулами в среде суб- и сверхкритического СО2. Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показано, что парамагнитные молекулы спинового зонда 2,2,6,6-тетраметил-4-оксо-пиперидин-1-оксила (ТЕМПОН) при 196 бар и 307 К внедряются в матрицы ПК и ПЭО, находящиеся при нормальных условиях в стеклообразном и высокоэластичном состоянии соответственно. Степень импрегнации ПАА в этих условиях незначительна. Путем оценок локальной концентрации молекул зонда установлено, что в ПЭО ТЕМПОН распределен значительно более равномерно, чем в ПК. Анализ температурной зависимости формы спектров ЭПР радикалов, введенных в полимерные матрицы, показывает, что в одинаковых условиях подвижность молекул ТЕМПОН в ПЭО много выше, чем в ПК. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования метода спиновых зондов для исследования закономерностей макро- и микропроцессов в тройных системах «полимер—сверхкритический флюидный растворитель— органическая молекула».

2016, №1

сс. 43-52

Статьи

Ключевые слова: гудрон, сверхкритическая вода, десульфуризация, деасфальтизация

Исследована конверсия гудрона (брутто-формула CH1,47N0,01S0,007) при его непрерывной подаче во встречный поток сверхкритической воды (СКВ) при наличии перепада температуры вдоль оси вертикально расположенного трубчатого реактора (верх — 450 °С, низ — 650 °С) при 30 МПа. Выход жидких продуктов, в составе которых преобладали масла (74,4 %), и летучих углеводородов С1—С9 составил соответственно 41,4 и 28,4% относительно массы гудрона, поданного в реактор. Обнаружены эффекты деасфальтизации и десульфуризации продуктов конверсии. Установлено, что метан является основным компонентом (40,5% мол.) летучих продуктов. Средняя скорость разложения воды, рассчитанная по количеству атомов кислорода в продуктах, оказалась равна 0,24 г/мин. Показано, что встречная подача реагентов и наличие перепада температуры вдоль оси реактора обеспечивают более высокий выход низкокипящих углеводородов по сравнению с их выходом при прокачке СКВ через слой гудрона.

2016, №1

сс. 53-58

Статьи

Ключевые слова: хлорофиллы, каротиноиды, сверхкритическая флюидная экстракция, Fucus vesiculosus, Laminaria digitata, растительное сырье

Исследован процесс сверхкритической флюидной экстракции диоксидом углерода хлорофилла и каротиноидов из морских водорослей Fucus vesiculosus и Laminaria digitata. Полное извлечение каротиноидов достигается при экстракции диоксидом углерода под давлением 250 атм и при температуре 80 °С в течение 20 мин без использования сорастворителя. Для получения экстрактов с высоким содержанием хлорофиллов необходимо применение полярного сорастворителя (этилового спирта) в количестве 10—15% об. или увеличение продолжительности экстракции до 50—90 мин при расходе сорастворителя < 5% об. Предложенный метод является более экспрессным по сравнению с экстракцией в аппарате Сокслета.

2016, №1

сс. 59-71

Статьи

Ключевые слова: сверхкритический диоксид углерода, импульсная сверхзвуковая струя, ван-дер-ваальсов газ, изэнтропическое расширение

Рассматривается нестационарное изэнтропическое расширение в вакуум первоначально однородного сферического облака ван-дер-ваальсова газа как динамическая часть задачи моделирования импульсной струи реального газа. Получено автомодельное решение уравнений газовой динамики. Выполнен расчет параметров импульсной струи (плотности и температуры), моделирующий условия реального эксперимента.

2016, №1

сс. 72-83

Статьи

Ключевые слова: бурый уголь, водоугольная суспензия, сверхкритический водокислородный флюид, горение, газификация

Исследовано окисление бурого угля, непрерывно подаваемого в составе водоугольной суспензии во встречный поток сверхкритического водокислородного флюида, при перепаде температуры вдоль оси реактора 673—873 К и давлении 30 МПа. Установлено, что при сжигании части угля (при недостатке О2) за счет выделения тепла увеличивается выход продуктов, обогащенных водородом. В избытке О2 реализовано полное окисление угля. При этом тепловое напряжение топочного пространства составило ∼ 1,0 МВт/м3. Показано, что тепловые затраты на реализацию процесса от внешних источников частично или полностью компенсируются тепловыделением при гомогенном и гетерогенном горении, сопряженном с термолизом угля.

2016, №1

сс. 84-91

Статьи

Стерилизация пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена в субкритических фреонах

Д.Ю. Залепугин, А.В. Максимкин, М.В. Киселевский, Н.А. Тилькунова, Н.Ю. Анисимова, И.В. Чернышова, Ф.С. Сенатов, М.И. Власов.

Цитировать

Ключевые слова: субкритические фреоны, стерилизация, переменное давление, сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Впервые показана возможность стерилизации пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена в субкритических фреонах R22 и R410a без добавления модификаторов. Максимальный стерилизующий эффект достигнут при использовании фреона R410a в статическом режиме при 50 °С и 250 атм в течение 30 мин и фреона R22 в режиме циклического изменения давления в диапазоне 100—290 атм («press-depress») при 70 °С в течение 60 мин.

2016, №2

сс. 4-13

Статьи

Ключевые слова: лекарственные формы пролонгированного действия, полимерные микрочастицы, инкапсуляция биоактивных компонентов, сверхкритический диоксид углерода, ацетилсалициловая кислота, кинетика высвобождения, ВЭЖХ

Изучено формирование мелкодисперсных (10—100 мкм) биорезорбируемых порошков алифатических полиэфиров, содержащих терапевтически значимые (до 10 % масс.) концентрации ацетилсалициловой кислоты, с использованием сверхкритического СО2. Разработан процесс получения компонентов инъекционных форм АСК пролонгированного действия. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии изучена кинетика высвобождения АСК из полилактидных микрочастиц в физиологический раствор in vitro.

2016, №2

сс. 14-27

Статьи

О роли сверхкритической воды в процессе жидкостного импульсного лазерного травления стекла

М.Ю. Цветков, В.И. Юсупов, П.С. Тимашев, К.М. Голант, Н.В. Минаев, С.И. Цыпина, В.Н. Баграташвили.

Цитировать

Ключевые слова: лазерное жидкостное травление, сверхкритическая вода, кавитация, микроструктурирование

Изучены особенности и определены механизмы процессов формирования микрократеров в оптической пластине из силикатного стекла при быстром нагреве сильно поглощающего водного раствора на границе вода/стекло мощными сфокусированными лазерными импульсами длительностью 5 нс c частотой повторения 1 кГц в широком диапазоне плотностей энергии (Ф) от 4 до 103 Дж/см2. Установлено существование двух различных механизмов лазерного формирования микрократеров: химическое травление сверхкритической водой (СКВ) и кавитация. Показано, что при Ф > 102 Дж/см2 в стекле формируются нерегулярные лазерные кратеры глубиной 1—20 мкм с шероховатыми стенками, вокруг которых образуются отчетливые трещины, свидетельствующие об ударном характере воздействия на стекло в таком «жестком» режиме, обусловленном доминирующей ролью лазероиндуцированной кавитации. При Ф < 50 Дж/см2 в стекле формируются аккуратные лазерные кратеры с гладкими стенками; размеры и форма кратеров хорошо воспроизводимы, трещины не образуются, а область обработки ограничивается зоной лазерного пятна. Показано, что в этом режиме («мягкий режим с активной кавитацией») стимулированная кавитацией микроциркуляция воды, не вызывая нежелательного ударного разрушения стекла, позволяет значительно ускорять процесс его травления СКВ. Это обеспечивается путем быстрого удаления продуктов травления стекла с помощью формируемых микроциркуляций, а также притока «свежего» травителя (СКВ) к поверхности стекла в области формируемого микрократера. Такой режим оптимален для хорошо контролируемого лазерного микроструктурирования стекла и других оптически прозрачных материалов.

2016, №2

сс. 28-38

Статьи

Ключевые слова: пирит, пирротин, сверхкритическая вода, сероводород, сера

Исследовано взаимодействие пирита (FeS2) с водой при равномерном нагреве (1,5 К/мин) до 923 К и последующем охлаждении (∼3 К/мин) реакционной смеси до 423 К. Продукты проанализированы методами масс-спектрометрии, элементного и рентгенодифракционного анализа, сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что при нагреве реагентов образуются H2S, SO2, ромбический и гексагональный пирротин (FeS), а при последующем охлаждении реакционной смеси в реакторе — H2S, H2, кубический пирит и моноклинный пирротин, обладающий магнитными свойствами. Показано, что превращения FeS2 → FeS → FeSx (1 < x ≤ 2) сопровождаются изменением морфологии и размера частиц.

2016, №2

сс. 39-52

Статьи

Ключевые слова: пальмитат аммония, сверхкритический диоксид углерода, растворимость, хлопковая ткань, импрегнация, краевой угол смачивания, гидрофобность

Представлены результаты экспериментального исследования растворимости пальмитата аммония (ПА), являющегося потенциальным гидрофобизатором тканей, в чистом и модифицированном ацетоном и диметилсульфоксидом сверхкритическом диоксиде углерода (СК-СО2) в динамическом режиме при температурах 318,2 и 328,2 К в диапазоне давлений 10,0—32,5 МПа. Экспериментальные данные по растворимости ПА описаны с использованием уравнения Пенга—Робинсона. Приведены результаты импрегнационной обработки различных видов хлопковой ткани пальмитатом аммония в среде СК-СО2 с целью придания им водоотталкивающих свойств. Определен краевой угол смачивания обработанных образцов и показано возрастание их гидрофобности.

2016, №2

сс. 53-62

Статьи

Ключевые слова: термодинамическая совместимость, клеточная стенка, сверхкритическая флюидная экстракция, лигноуглеводная матрица, древесина, термохимическая активация

Представлены результаты исследования термохимической активации лигноуглеводной матрицы методом сверхкритической флюидной экстракции. Получены данные о наличии лабильных и стабильных участков лигноуглеводных образований, распределенных в клеточной стенке, об изменениях компонентного состава древесины и ультрамикростроения клеточной стенки, происходящих во время обработки. Показана возможность применения сверхкритической флюидной экстракции диоксидом углерода как метода направленного воздействия на слабые Н-связи лигноуглеводного комплекса с целью получения новых данных об особенностях состава и строения древесного вещества и его компонентов.

2016, №2

сс. 63-74

Статьи

Биосовместимость и деградация матриц из сополимеров полилактида и капролактона, сформированных методом вспенивания в сверхкритическом CO2

П.С. Тимашев, Н.Н. Воробьева, А.А. Акованцева, Н.В. Минаев, Ю.А. Пискун, С.В. Костюк, И.И. Селезнева, И.В. Василенко, О.Л. Захаркина, Н.Ю. Игнатьева, Р.К. Чайлахян, В.В. Лунин, В.Н. Баграташвили.

Цитировать

Ключевые слова: пористые материалы, вспенивание, биодеградируемые полимеры, скорость деградации

Определены цитотоксичность и скорости деградации in vitro различного типа пористых матриксов из сополимеров лактида и ε-капролактона, полученных методом вспенивания в сверхкритическом диоксиде углерода. Продемонстрирована высокая биосовместимость материалов, полученных указанным методом.

2016, №2

сс. 75-83

Статьи

Сверхкритическая флюидная пропан-бутановая экстракционная обработка нефтяных шламов

Ф.М. Гумеров, В.Ф. Хайрутдинов, Т.Р. Ахметзянов, Ф.Р. Габитов, З.И. Зарипов, М.И. Фарахов, А.В. Мухутдинов.

Цитировать

Ключевые слова: экстракция, пропан, бутан, нефтяной шлам, сверхкритический флюид, кинетика

Процесс экстракции смесью пропан : бутан = 3 : 1 (масс.) в жидком и сверхкритическом флюидном состояниях использован для выделения нефтепродуктов из содержащих 12,05% масс. механических примесей безводных нефтяных шламов. Экстракцию проводили при 85—160 °С и 5—50 МПа. Выделенный нефтепродукт содержит 2,8% масс. серы, имеет (при 20 °С) плотность 880 кг/м3, кинематическую вязкость 73,75 мм2/c и температуры начала и конца кипения 43,6 и 325 °С соответственно.

2016, №2

сс. 84-85

Информация

2016, №3

сс. 3-9

Статьи

Ключевые слова: инактивация, Escherichia coli, газы в сверхкритическом состоянии, диоксид углерода, кислород, азот

Изучена кинетика инактивации клеток E. coli при обработке различными газами (CO2, O2, N2) под давлением в до- и сверхкритическом состоянии. Показано, что выживаемость клеток падает на 7 порядков в случае CO2 и менее чем на 1 порядок — в случае O2 и N2. Выдвинуто предположение об основном механизме действия CO2 на клетки E. coli.

2016, №3

сс. 10-16

Статьи

Ключевые слова: нитробензол, анилин, сверхкритический диоксид углерода, гидрирование, рутений, сверхсшитый полистирол

Исследовано каталитическое гидрирование нитробензола в среде изопропилового спирта и сверхкритического (СК) диоксида углерода с использованием рутениевых катализаторов на основе сверхсшитого полистирола. При проведении процесса в среде СК-CO2 достигаются более высокие скорости реакции и селективность по целевому продукту — анилину.

2016, №3

сс. 17-33

Статьи

Роль сверхкритической воды и пирита в превращениях пропилена

О.Н. Федяева, А.А. Востриков, В.Р. Антипенко, А.В. Шишкин, В.И. Колобов, М.Я. Сокол.

Цитировать

Ключевые слова: пропилен, сверхкритическая вода, пирит, олигомеризация, сульфидирование, синергетический эффект

Исследовано влияние сверхкритической воды (СКВ) и пирита на превращения пропилена при равномерном (1,5 К/мин) нагреве реагентов до 718 К. Продукты проанализированы методами ИК, 1Н ЯМР спектроскопии, масс- и хроматомассспектрометрии. Исходя из температурных зависимостей давления реагентов установлено, что в отсутствие воды добавление пирита способствует снижению температуры начала олигомеризации пропилена. В отсутствие пирита добавление воды приводит к подавлению олигомеризации пропилена. Обнаружен синергетический эффект СКВ и пирита на превращение пропилена. Показано, что в присутствии пирита образуются сероводород, тиолы и метилпроизводные тиофена, а также увеличивается выход ароматических и полиароматических углеводородов. Обсуждаются механизмы наблюдаемых процессов.