Выпуск журнала "Сверхкритические Флюиды: Теория и Практика" за 2017 год

Обложка свежего выпуска

Год выпуска

Номер выпуска

Язык статей

Сортировка

2017, №1

сс. 4-14

Статьи

Импрегнация сверхвысокомолекулярного полиэтилена амоксициллином в среде субкритического фреона R22

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

Цитировать

Ключевые слова: импрегнация, СВМПЭ, амоксициллин, субкритический фреон R22

Разработана методика импрегнации сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в среде субкритического фреона R22. Впервые показана возможность импрегнации полимера полярным веществом (стандартным антибиотиком амоксициллином) в отсутствие сорастворителей, повышающих полярность среды, удаление которых из полимерной матрицы представляет серьезную проблему. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) получены кривые десорбции амоксициллина из импрегнированных образцов СВМПЭ. Полимерные образцы, импрегнированные амоксициллином, обладают антибактериальными свойствами в отношении грампозитивных и грамнегативных микроорганизмов S. aureus, S. epidermidis, E. faecalis, B. subtilis, E. coli, что позволяет рассматривать их как реальные модели имплантатов для замены костной ткани.

2017, №1

сс. 15-28

Статьи

Синтез оксидов Ce1-xZrxO2 в сверхкритических спиртах и катализаторов для углекислотной конверсии метана на их основе

М.Ю. Смирнова, С.Н. Павлова, Т.А. Кригер, Ю.Н. Беспалко, В.И. Аникеев, Ю.А. Чесалов, В.В. Каичев, Н.В. Мезенцева, В.А. Садыков.

Цитировать

Ключевые слова: синтез в сверхкритических условиях, ацетилацетон, смешанные Ce-Zr оксиды, углекислотная конверсия метана

Изучено влияние исходных соединений циркония на фазовый состав и свойства продуктов синтеза смешанных Ce-Zr оксидов сольвотермальным методом в проточном реакторе в среде этанола и изопропанола в сверхкритическом состоянии. Фазовый состав и структурные характеристики синтезированных образцов исследованы методами рентгенофазового анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния; морфология и текстура изучены методами просвечивающей электронной микроскопии и термодесорбции азота. Показано, что использование в качестве исходных веществ оксихлорида или ацетата циркония ведет к образованию смеси фаз, обогащенных церием или цирконием, тогда как использование бутоксида циркония с добавлением комплексующего агента (ацетилацетона) позволяет получить гомогенный твердый раствор. Сравнение каталитических свойств синтезированных оксидов с нанесенным никелем в реакции углекислотной конверсии метана показало, что образец на основе смешанного оксида со структурой гомогенного твердого раствора имеет значительно более высокие активность, селективность и устойчивость к закоксовыванию.

2017, №1

сс. 29-40

Статьи

Сушка и импрегнация древесины пропиконазолом с использованием сверхкритического СО2

Р.Ф. Габитов, В.Ф. Хайрутдинов, Ф.М. Гумеров, Ф.Р. Габитов, З.И. Зарипов, Р. Гайфуллина, М.И. Фарахов.

Цитировать

Ключевые слова: пропиконазол, сверхкритический СО2, растворимость, древесина, сушка, импрегнация

Исследован процесс сушки древесины в средах сверхкритического (СК) СО2 и СК-СО2 с добавлением этанола (5 % масс.) при температурах 323, 343 и 353 К и давлениях 10, 20 и 30 МПа. Установлено, что 40—87% влаги удаляется из древесины в течение первого цикла сушки. Увеличение длительности декомпрессионного этапа сушки приводит к уменьшению числа трещин, образующихся в образцах древесины. Исследована растворимость пропиконазола в СК-СО2 при 338, 358 и 378 К в диапазоне давлений 10—30 МПа с использованием динамического метода. Получены достаточно высокие величины концентраций насыщения (3—5)⋅10-3 моль/моль СО2, что указывает на перспективность использования СК-СО2 в качестве растворителя в процессе импрегнации древесины пропиконазолом. При импрегнации древесины пропиконазолом из среды СК-СО2 достигнута сквозная пропитка. Эффективность пропитки возрастает при увеличении давления и длительности процесса.

2017, №1

сс. 41-49

Статьи

Ключевые слова: сверхкритическая флюидная экстракция, вторичные лишайниковые метаболиты, усниновая кислота, лишайник рода Cladonia, параметры процесса экстракции

Исследован процесс сверхкритической флюидной (СКФ) экстракции диоксидом углерода вторичных метаболитов из лишайников рода Сladonia. Выход твердого экстракта при СКФ экстракции диоксидом углерода значительно превышает данный показатель для экстракции ацетоном, этанолом и петролейным эфиром в аппарате Сокслета. Максимальное содержание целевого компонента — усниновой кислоты (УК) — в экстракте (91 %, выход — 2,5% от абсолютно сухого сырья) получено при давлении 35 МПа, температуре 40 °С и продолжительности процесса 40 мин. Введение в диоксид углерода сорастворителей (ацетон, этанол, метиленхлорид) позволяет увеличить выход целевого продукта до 3%.

2017, №1

сс. 50-68

Статьи

Некоторые термодинамические характеристики процесса диспергирования парацетамола по методу SEDS

И.Ш. Хабриев, В.Ф. Хайрутдинов, З.И. Зарипов, Ф.М. Гумеров, В.А. Петров, Н.В. Кузнецова, Р.М. Хузаханов.

Цитировать

Ключевые слова: парацетамол, сверхкритический CO2, фазовое равновесие, растворимость, теплоемкость, диспергирование по методу SEDS

Экспериментально исследована растворимость парацетамола в сверхкритическом диоксиде углерода и его смесях с ацетоном. Измерена изобарная теплоемкость парацетамола и систем «парацетамол—CO2» и «парацетамол—ацетон—CO2» при давлениях 7—29 МПа и температурах 303—523 К. Представлены результаты диспергирования парацетамола с использованием метода SEDS (Solution Enhanced Dispersion by Supercritical Fluids).

2017, №1

сс. 69-79

Статьи

Ключевые слова: тройные водно-солевые системы, сверхкритические фазовые равновесия, диаграммы состояния

Исследованы фазовые равновесия при температурах 420—500 °С и давлениях до 130 МПа в тройной системе K2SO4—KOH—H2O с пограничными двойными водными подсистемами различных типов. Подсистема первого типа характеризуется отсутствием критических явлений (г = ж) в насыщенных растворах и явлений расслаивания (ж1 - ж2) (KOH—H2O), а подсистема второго типа осложнена несмесимостью жидких фаз и конечными критическими точками p (г = ж — твLi2SO4) и Q1 = ж2 — твK2SO4) в насыщенных растворах (K2SO4—H2O). Показано, что в тройной системе существуют две области трехфазных равновесий (г — ж — тв) и (ж1 — ж2 — тв), разделенные двухфазной флюидной областью (фл — твK2SO4), и два типа моновариантных критических кривых (г = ж — твK2SO4) и (ж1 = ж2 — твK2SO4). С увеличением температуры наблюдается сближение этих трехфазных областей вплоть до исчезновения двухфазного флюидного равновесия и объединения указанных моновариантных критических кривых в двойной гомогенной критической точке (г = ж — твK2SO4 ↔ ж1 = ж2 — твK2SO4) при максимальной температуре ∼ 445 °С и давлении 51—52 МПа.

2017, №1

сс. 80-92

Статьи

Ключевые слова: горючий сланец, сверхкритическая вода, отношение четные/нечетные, алканы, алкены, полиароматические углеводороды, бензо- и дибензотиофены

С помощью хроматомасс-спектрометрии, ИК и 1Н ЯМР спектроскопии изучен состав масляных фракций (МФ), полученных при конверсии Кашпирского горючего сланца в потоке водяного пара и сверхкритической воды в условиях равномерного нагрева от 300 до 550 °С. Максимальный выход МФ зарегистрирован при 360—390 °С. Установлено, что алканы, алкены, алкилпроизводные нафталина и бензотиофена являются основными компонентами МФ, полученных при температурах ниже 440 °C. При более высоких температурах наблюдается значительное преобладание четных алканов и алкенов над нечетными гомологами. Обсуждаются особенности изменений в содержании отдельных групп и индивидуальных полиароматических соединений.

2017, №2

сс. 4-18

Статьи

Ключевые слова: горючие сланцы, сверхкритическая флюидная экстракция, пиролизаты, компоненты, структура, состав

Изучена конверсия высокосернистого горючего сланца в потоке сверхкритического бензола при давлении 10 МПа и температурах до 400 °С. Состав образующихся жидких продуктов охарактеризован методами ИК- и 1Н ЯМР-спектроскопии, структурно-группового анализа и хроматомасс-спектрометрии. Показано, что с ростом температуры в пиролизатах снижается содержание смолисто-асфальтеновых веществ, а в их структуре возрастает доля ароматических и снижается доля алифатических фрагментов. В составе масляной фракции уменьшается доля полярных компонентов. Идентифицированные в маслах соединения представлены нормальными и разветвленными алканами, алкенами, насыщенными и ненасыщенными нафтенами, моно-, би-, три-, тетра- и пентациклическими ароматическими углеводородами, соединениями тиофенового, бензо-, дибензо- и нафтобензотиофенового рядов, алифатическими эфирами и кетонами.

2017, №2

сс. 19-25

Статьи

Ключевые слова: субкритическая вода, апорфиновые алкалоиды, глауцин, фенантреновые алкалоиды, секо-глауцин, высокоэффективная жидкостная хроматография

Изучена трансформация модельного апорфинового алкалоида глауцина в фенантреновый алкалоид секо-глауцин (секо-ГЛ) в среде субкритической воды при 100—250 °С без каталитических добавок. Максимальный выход секо-ГЛ достигается при 250 °С. Показано, что в данных условиях масса загрузки исходного соединения мало влияет на выход целевого продукта, который в среднем составляет 80 %. При увеличении массы загрузки ГЛ до 400 мг целевой секо-ГЛ выпадает в осадок прямо из реакционной смеси. Предлагаемый метод исключает использование дорогостоящих и токсичных органических растворителей.

2017, №2

сс. 26-34

Статьи

Ключевые слова: герань душистая, эфирное масло, сверхкритическая флюидная экстракция

Определены оптимальные условия экстракции основных компонентов герани душистой (Pelargonium graveolens L’Her) сверхкритическим СО2 (40 °С, 16 МПа, время экстракции 30 мин). Анализ полученных экстрактов методом газовой хроматографии с хроматомасс-спектрометрическим детектированием показал, что содержание в экстракте основных компонентов (цитронеллола, гераниола) при сверхкритической экстракции выше по сравнению с традиционной технологией (перегонка с водяным паром). Также в углекислотном экстракте присутствуют дополнительные компоненты — камфен, сабинен и др.

2017, №2

сс. 35-48

Статьи

Ключевые слова: сверхкритические флюиды, аэрогель, сверхкритическая сушка, гомогенизация, распыление

Проведено комплексное исследование процессов получения частиц геля на основе альгината натрия масляно-эмульсионным и капельным методами с последующей сушкой в среде сверхкритического (СК) диоксида углерода. Оценены факторы, влияющие на характеристики получаемых материалов. Исследованные методы реализованы на полупромышленном уровне с использованием гомогенизации при высоком давлении и распыления через пневматические форсунки. Полученные частицы геля высушены в среде СК-CO2 в аппаратах высокого давления, имеющих объем 0,25 л и 2 л. При масштабном переходе сохраняются необходимые характеристики и качество производимых аэрогелей.

2017, №2

сс. 49-59

Статьи

Ключевые слова: полимерные мембраны, газоразделение, 1,2-дизамещенные полиацетилены, химическая модификация полимеров, выделение СО2, проницаемость, селективность, кватернизация

Работа посвящена исследованию возможности использования сверхкритических флюидов как среды для модификации полимера, перспективного для создания газоразделительных мембран, с целью повышения селективности по отношению к СО2. Показана принципиальная возможность введения фрагментов четвертичных аммониевых солей в структуру поли(4-метил-2-пентина) с помощью двухстадийного процесса: бромирования исходного полимера N-бромсукцинимидом и последующего присоединения к нему третичного амина — N-бутилимидазола — в среде сверхкритических флюидов. Использование трифторметана в качестве реакционной среды обеспечивает наибольшую степень модификации бромированного полимера амином. В наилучших из испытанных условий был получен полимер, обеспечивающий троекратное увеличение расчетной селективности разделения СО2 и N2 по сравнению с исходным поли(4-метил-2-пентином).

2017, №2

сс. 60-67

Статьи

Ключевые слова: остеопластический матрикс, костный блок, сверхкритический диоксид углерода, делипидизация, кость, имплантаты

Предложена экологически чистая методика производства остеопластических материалов для нужд реконструктивно-восстановительной хирургии, основанная на обработке ксеногенного костного матрикса сверхкритическим диоксидом углерода. Методика обеспечивает наилучшее извлечение липидов и жироподобных веществ при минимальных затратах экстрагента и времени обработки, позволяет значительно сократить издержки и облегчить производство хирургических имплантов. Продемонстрированы преимущества полученного материала по сравнению с известным коммерческим аналогом в эксперименте in vitro на клеточной модели.

2017, №2

сс. 68-80

Статьи

Травление сапфира в сверхкритической воде при ультравысоких температурах и давлениях в условиях импульсной лазерной термоплазмоники

М.Ю. Цветков, Н.В. Минаев, А.А. Акованцева, Г.И. Пудовкина, П.С. Тимашев, С.И. Цыпина, В.И. Юсупов, А.Э. Муслимов, А.В. Буташин, В.М. Каневский, В.Н. Баграташвили.

Цитировать

Ключевые слова: сапфир, лазерное жидкостное травление, микроструктурирование, термоплазмоника, сверхкритическая вода, ультравысокие давления и температуры

Для эффективного и хорошо контролируемого микроструктурирования сапфира использован метод термоплазмонного лазерного жидкостного травления (ТПЛЖТ). Метод основан на генерации в процессе импульсно-периодического лазерного облучения сильнопоглощающих плазмонных наночастиц серебра, образующихся в результате восстановления растворенного в воде прекурсора — нитрата серебра. Процесс травления сапфира осуществляется в результате возникновения сверхкритической воды при ультравысоких температурах и давлениях (существенно превышающих критические значения для воды), и образования наночастиц серебра на границе раздела сапфир/вода в результате поглощения лазерного излучения. Рассмотрен механизм ТПЛЖТ, определена интенсивность травления, достигающая ∼100 нм/импульс. Обнаружено формирование наночастиц алюминия, свидетельствующее о глубокой деструкции Al2O3 в результате ТПЛЖТ.

2017, №3

сс. 3-19

Статьи

Ключевые слова: тяжелая нефть, сверхкритический водокислородный флюид, активированный уголь, окисление, тепловыделение

масляных фракций (МФ), полученных при конверсии тяжелой высокосернистой нефти. Нефть подавалась в верхнюю часть вертикально расположенного трубчатого реактора, заполненного активированным углем (АУ), через слой которого снизу прокачивался сверхкритический водокислородный флюид. Эксперимент проведен при давлении 30 МПа, температуре в верхней, средней и нижней частях реактора 673, 723 и 723 К соответственно, переменном расходе кислорода (0—3,5 г/мин) и постоянном расходе нефти и воды (4 и 6 г/мин соответственно). Исходя из временных зависимостей температуры стенки реактора и мощности омических нагревателей установлено, что за счет тепловыделения при горении высокомолекулярных компонентов нефти, аккумулированных в слое АУ, реализуется автотермический режим конверсии. Зарегистрировано перемещение фронта горения вдоль оси реактора. Показано, что изопреноидные и нормальные алканы, 1-алкил-2,3,6-триметилбензолы, алкилпроизводные бензо- и дибензотиофенов являются основными компонентами МФ исходной нефти. Выход МФ, доля которых в жидких продуктах превышает 90 %, имеет экстремальную зависимость от расхода кислорода. Увеличение расхода кислорода и, как следствие, повышение температуры реакционной смеси из-за тепловыделения при горении приводит к увеличению содержания алкилпроизводных би- и трициклических ароматических углеводородов, а также бензо- и дибензотиофенов в МФ продуктов. Обнаружено, что доля компонентов, выкипающих при T < 493 K, в МФ продуктов увеличивается в 2—3 раза по сравнению с МФ исходной нефти.

2017, №3

сс. 20-31

Статьи

Ключевые слова: пленочный композит, селенид кадмия, нанокристаллический кремний, диффузионное внедрение, люминесцентные свойства, волокнистая матрица

Разработан метод создания пленочных композитов на основе нового материала — волокнистого сополимера тетрафторэтилена-винилиденфторида с использованием диффузионного внедрения готовых наночастиц в пористую матрицу в среде сверхкритического (СК) диоксида углерода. На конечном этапе создания таких композитов использовался метод холодного или горячего прессования импрегнированных пористых пленок. Обсуждаются особенности влияния СК флюидной обработки пористых пленок сополимера на структуру поверхности прессованных пленок. Получены люминесцирующие композиты с полупроводниковыми наночастицами селенида кадмия и нанокристаллического кремния, излучение которых перекрывает диапазон 500—1000 нм. Демонстрируются результаты изменения люминесцентных характеристик полученных нанокомпозитов под воздействием возбуждающего лазерного излучения на 405 нм.

2017, №3

сс. 32-39

Статьи

Ключевые слова: аэросиликагель, адсорбция диоксида углерода, аминофункционализация

Золь-гель методом с использованием сушки в сверхкритическом CO2 синтезированы мезопористые силикагели, в том числе функционализированные аминогруппами. Установлена зависимость текстурных и адсорбционных свойств SiO2 от условий синтеза и модифицирования. Полученные пористые материалы рассматриваются как перспективные адсорбенты для извлечения диоксида углерода из газовых сред.

2017, №3

сс. 40-49

Статьи

Ключевые слова: полимеры, пористость, сверхкритические флюиды, субкритические фреоны, диоксид углерода

Впервые изучен процесс обработки полистирола в среде суб- и сверхкритических (СК) фреонов в сравнении со сверхкритическим диоксидом углерода. Показано, что субкритический фреон R22 гораздо более эффективен в процессе насыщения полистирола, чем субкритический фреон R410а, а также СК R23 и CO2. При последующей термообработке образцов, насыщенных фреоном R22, получен полимер с развитой пористой структурой и средним диаметром пор до 250 мкм. Полученные данные могут быть использованы при разработке новых технологий получения пористого полистирола.

2017, №3

сс. 50-69

Статьи

Ключевые слова: сверхкритические флюиды, микронизация, полимеризация, полимерные микрочастицы, функциональные порошковые покрытия, развитие рынка

В обзоре анализируются работы по использованию возможностей сверхкритических флюидных технологий для формирования эффективных покрытий на основе микродисперсных полимерных материалов. Рассмотрены потенциальные преимущества комбинированных процессов, позволяющих объединить в единой технологической цепочке различные стадии формирования порошкового покрытия. Определены возможные направления дальнейших научных и инжиниринговых исследований. Дана оценка положения на мировом рынке порошковых полимерных покрытий; отмечен быстрорастущий спрос на продукцию; представлен прогноз развития рынка на ближайшие годы.

2017, №3

сс. 70-81

Статьи

Сверхкритическая флюидная обработка трехмерных гидрогелевых матриксов, полученных из аллилхитозана методом лазерной стереолитографии

А.Э. Лажко, К.Н. Бардакова, Б.С. Шавкута, С.Н. Чурбанов, М.А. Марков, Т.А. Акопова, О.О. Паренаго, А.М. Григорьев, П.С. Тимашев, В.В. Лунин, В.Н. Баграташвили.

Цитировать

Ключевые слова: структурированные гидрогели, матриксы, лазерная стереолитография, сверхкритические флюиды

Исследовано влияние обработки гидрогелевых матричных структур (матриксов) на основе аллилзамещенных производных хитозана, сформированных методом лазерной стереолитографии, в среде сверхкритического диоксида углерода (СК- CO2) на полярность их поверхности и механические характеристики. Обнаружено, что такая обработка в проточном режиме повышает механическую прочность материалов, что связано с эффективной экстракцией из них низкомолекулярных компонентов и олигомеров. При этом снижается полярность поверхности матрикса, что улучшает его биосовместимость. Обработанные в СК-CO2 гидрогелевые матриксы не оказывают цитотоксического действия, что позволяет использовать их в тканевой инженерии.