Архив журнала «Сверхкритические Флюиды: Теория и Практика»

Обложка свежего выпуска

Год выпуска

Номер выпуска

Язык статей

Сортировка

2025, №1

сс. 3-14

Статьи

Ключевые слова: сверхкритический диоксид углерода, биоповреждение, микромицеты, плесень, фунгицидное действие, дезинфекция, бумага

Впервые в России на 12 видах микромицетов-деструкторов бумаги было продемонстрировано наличие ярко выраженного фунгицидного действия у сверхкритического флюида диоксида углерода в присутствии спирта в качестве со-растворителя. С целью оценки возможности дальнейшего использования данного метода для дезинфекционной обработки библиотечных и музейных фондов проанализирована эффективность различных режимов на образцах бумаги с очагами биопоражения, вызванными микромицетом Aspergillus niger: чистым сверхкритическим диоксидом углерода и с добавлением этанола в качестве со-растворителя в концентрации 2% и 4 %. Показано, что чистый сверхкритический диоксид углерода приводит к минимальному снижению содержания микроорганизмов на поверхности образцов. Обработка в сверхкритическом диоксиде углерода с добавкой 4% этанола при наличии режима перемешивания позволяет обеспечить высокую степень снижения контаминации образцов и может рассматриваться в качестве перспективного метода обработки документов на бумаге.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.1.001

2025, №1

сс. 15-26

Статьи

Ключевые слова: соли меди, сверхкритический флюид, сверхкритический диоксид углерода, бензоат меди, ацетат меди, карбонат меди, тиоцианат меди, полимерные композиционные материалы

Определена растворимость ряда солей меди (карбоната, ацетата, бензоата и тиоцианата) в среде сверхкритического диоксида углерода при 308—328 К и 10—30 МПа Полученные результаты описаны с применением уравнения состояния Пенга— Робинсона и правила смешения Мухопадхьяи и Рао. Полученные результаты необходимы для разработки технологических подходов к проведению процесса импрегнации полимерных материалов и создания композиционных материалов на их основе.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.1.002

2025, №1

сс. 27-41

Статьи

Ключевые слова: сверхкритические флюиды, плотность, волоконно-оптический денситометр, гидрирование CO2, конверсия фенола

Проанализированы зависимости плотности реакционной смеси от температуры для следующих процессов: 1) каталитическое гидрирование CO2; 2) конверсия фенола и циклогексанола в суб- и сверхкритической воде. Измерения плотности проводили с помощью волоконно-оптического денситометра «Лазерохим». Состояние поверхности торца волновода после измерений при повышенной температуре проанализировано методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Установлено, что для неводных реакционных смесей лазер-оптический метод мониторинга плотности применим в широком диапазоне температур и давлений. В случае воды и водно-органических смесей корректное определение плотностей возможно только при температурах 25—190 °С, поскольку повышение температуры выше 200 °С приводит к необратимому травлению водным флюидом поверхности торца силикатного оптического волновода.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.1.003

2025, №1

сс. 42-54

Статьи

Ключевые слова: сверхкритические низшие спирты, метанол, борнилацетат, борнеол, пихтовое масло, реакция переэтерификации

Впервые проведена некаталитическая реакция переэтерификации (алкоголиза) борнилацетата в составе коммерческого пихтового масла с использованием сверхкритических низших спиртов — метанола, этанола и изопропанола. Показано, что только применение метанола обеспечивает высокую конверсию и селективность реакции. Так, при 350°С за 1 ч реакции в реакторе автоклавного типа достигается 93%-ная селективность по борнеолу при 90%-ной конверсии борнилацетата. Дальнейшее увеличение времени реакции приводит к снижению селективности по борнеолу за счет неожиданного роста концентрации камфоры.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.1.004

2025, №1

сс. 55-65

Статьи

Ключевые слова: аэрогели, SiO2, диметилсульфоксид, прозрачность, модифицирование

В качестве растворителя на стадии гелеобразования для получения прозрачных аэрогелей на основе тетраметилортосиликата и 3-аминопропилтриметоксисилана (АПТМС) предложен диметилсульфоксид (ДМСО). Прозрачность аэрогелей варьировалась в зависимости от содержания аминопропильного фрагмента. Исследованы текстурные характеристики аэрогелей. Показано, что использование ДМСО вместо изопропанола, стандартного растворителя для получения геля, позволяет значительно увеличить удельную площадь поверхности аэрогелей. С использованием ДМСО в качестве растворителя синтезированы прозрачные аэрогели на основе АПТМС, модифицированного остатками перфторнонановой кислоты и L-фенилаланина. Показано, что можно получить прозрачные аэрогели, содержащие аминокомплексы переходных металлов, а именно меди и палладия.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.1.005

2025, №1

сс. 66-80

Статьи

Предложены математические модели растворимости различных групп органических веществ в сверхкритическом диоксиде углерода. Разработанные модели основаны на методе количественного соотношения «структура—свойство». Ключевая особенность метода — построение зависимости между прогнозируемым свойством и параметрами, численно отражающими особенности молекулярной структуры (молекулярными дескрипторами). В рамках работы был осуществлен отбор молекулярных дескрипторов, влияющих на растворимость и построены зависимости растворимости органических веществ в сверхкритическом диоксиде углерода (СК-CO2) с использованием метода множественной линейной регрессии. Разработку моделей осуществляли с применением разработанного программно-аналитического комплекса и оригинальной базы данных, содержащей сведения о растворимости веществ в СК-CO2 и информацию о молекулярных дескрипторах растворяемых веществ. Была проведена оценка прогнозирующей способности разработанных моделей. На основе полученных результатов сделан вывод о перспективности применения разработанных моделей для прогнозирования растворимости веществ в сверхкритическом диоксиде углерода.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.1.006

2025, №1

сс. 81-94

Ключевые слова: полимерные мембраны, газоразделение, 1,2-дизамещенные полиацетилены, выделение CO2, химическая модификация полимеров, ионные жидкости

Работа посвящена химической модификации полимера, перспективного для создания газоразделительных мембран, с целью повышения его селективности по отношению к CO2. Продемонстрирована возможность введения бромида бутилимидазолия (BIm+Br-) в структуру поли(1-триметилсилил-1-пропина) (ПТМСП) с использованием двухстадийного процесса: бромирования исходного полимера N-бромсукцинимидом и последующего взаимодействия с третичным амином — N-бутилимидазолом. В качестве реакционной среды использованы сверхкритические CO2 и CHF3, обладающие рядом преимуществ по сравнению с органическими растворителями, такими как нетоксичность, негорючесть и экологическая безопасность. В зависимости от условий процесса предложенный метод позволяет регулировать содержание BIm+Br- в полимерной структуре. Полученные модифицированные полимеры характеризуются хорошими пленкообразующими свойствами, термической стабильностью и повышенной устойчивостью к алифатическим, алициклическим, галогенсодержащим и ароматическим углеводородам. Установлено, что с увеличением содержания BIm+Br- в полимере возрастает селективность разделения CO2/N2 и CO2/CH4 при сохранении высокой газопроницаемости. Результаты работы открывают новые возможности для разработки эффективных мембранных материалов, предназначенных для разделения газов в промышленных условиях.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.1.007

2025, №2

сс. 4-13

Статьи

Ключевые слова: сверхкритическое водное окисление, оксид алюминия, структурные изменения

Представлены результаты экспериментального исследования окисления алюминия суб- и сверхкритической водой в интервале 350—410 °C в течение 60—300 мин. Показано, что в результате окисления образуются гидроксиды и оксиды алюминия с развитой поверхностью. Выявлена немонотонная зависимость величины удельной поверхности продуктов окисления от температуры процесса, обусловленная образованием различных соединений и фаз оксида алюминия. Прокаливание продуктов окисления при 550 °C приводит к образованию γ-, χ- и α-фаз Al2O3 в соотношении, определяемом температурой и временем окисления в водном флюиде.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.2.001

2025, №2

сс. 14-23

Статьи

Ключевые слова: сверхкритическая сушка, аэрогель, гелеобразование, ступенчатая замена растворителя, концептуальный дизайн, математическое моделирование

Разработан программный комплекс на языке программирования Python, предназначенный для концептуального дизайна технологической схемы процесса получения частиц хитозановых аэрогелей. Программный комплекс охватывает расчет всей производственной цепочки, включая стадии подготовки растворов, гелеобразования, замены растворителя в порах геля и сверхкритической сушки. В структуру комплекса входят математическая модель гидродинамики потоков в приемной емкости, модель диффузионного массопереноса в пористой структуре частиц геля хитозана, расчет материального баланса, блок расчета параметров оборудования, а также подсистема технико-экономической оценки. С помощью программного комплекса пользователь может определять оптимальные параметры процесса получения частиц хитозановых аэрогелей и формировать предварительную технологическую схему производственного процесса, адаптированную к заданным ограничениям. Программный комплекс предназначен для масштабирования технологии получения частиц хитозановых аэрогелей и расчета себестоимости продукции при различных уровнях производительности.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.2.002

2025, №2

сс. 24-34

Статьи

Ключевые слова: сверхкритическое антисольвентное осаждение, морфология, кристаллизация, растворимость

Предложен новый способ измерения растворимости в многокомпонентных флюидах, основанный на совмещении сверхкритического антисольвентного осаждения и УФ-спектроскопии (SAS—УФС). На примере ацетилсалициловой кислоты проведено сравнение результатов измерения растворимости, полученных с использованием предложенного в работе метода с литературными данными. Данные по растворимости ацетилсалициловой кислоты, полученные методом SAS—УФС, в целом согласуются с литературными данными: порядок полученных значений совпадает во всех условиях. Для подавляющего большинства опытов значения растворимости, получаемые методом SAS—УФС, лежат в диапазоне между значениями, полученными динамическим методом и SAS—СФХ (суперкритическая флюидная хроматография). Такие результаты косвенно свидетельствуют о корректности получаемых данных.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.2.003

2025, №2

сс. 35-44

Статьи

Ключевые слова: сверхкритическое антисольвентное осаждение, кристаллизация, морфология, сульфат сальбутамола

Исследована зависимость размера и морфологии частиц сульфата сальбутамола, осаждаемых методом сверхкритического антисольвентного осаждения (SAS), от давления и концентрации микронизуемого вещества в растворе. Показано, что проведение микронизации методом SAS из однофазной и двухфазной систем метанол—CO2—сульфат сальбутамола приводит к получению аморфных сферических частиц и вытянутых в одном из направлений кристаллических частиц, соответственно. При проведении процесса из однофазной системы наблюдается осаждение частиц существенно меньшего размера по сравнению с двухфазной областью. Кроме того, при микронизации из двухфазной и однофазной систем наблюдаются обратная и прямая зависимости размера частиц, полученных методом SAS, от концентрации сальбутамола в растворе соответственно. Основная причина такой разницы связана с механизмами смешения антирастворителя и раствора. В случае двухфазной системы кристаллизация происходит в каплях при значительно более высокой доле растворителя по сравнению с однофазной системой и, соответственно, при меньшей локальной степени пересыщения.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.2.004

2025, №2

сс. 45-58

Статьи

Ключевые слова: фотокатализ, окисление, сульфиды, хиноны, сверхкритический диоксид углерода

Хинизарин впервые использован в качестве фотокатализатора реакции окисления органических соединений молекулярным кислородом в среде сверхкритического диоксида углерода (СК-CO2) под действием видимого света. Выбор катализатора обоснован доступностью и высокой эффективностью хинизарина в сравнении с близкими по строению производными антрахинона: 2-нитро-1,4-дигидроксиантрахиноном и 2,3-диамино-1,4-дигидроксиантрахиноном. Проведение фотокаталитического процесса в среде СК-CO2 позволяет уменьшить пожароопасность и улучшить экологические характеристики процессов получения сульфоксидов и сульфонов окислением органических сульфидов молекулярным кислородом.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.2.005

2025, №2

сс. 59-70

Статьи

Ключевые слова: сверхкритический диоксид углерода, модификация полимеров, реакция уретан образования

В среде сверхкритического диоксида углерода (СК-CO2) осуществлен синтез метакрилатных производных метоксиполиэтиленгликоля (мПЭГ, 5 кДа) с использованием реакции уретанообразования. Показано, что использование СК-CO2 позволяет эффективно проводить реакцию как в две стадии (первый этап — получение изоцианатного, второй этап — получение метакрилатного производных мПЭГ), так и объединять две стадии в одну. Исследовано влияние соотношения реагентов и условий проведения реакции на состав ее продуктов. Показано, что проведение реакции в две стадии позволило получить метакрилатное производное мПЭГ с выходом до 80 %. При этом получение изоцианатного производного полиэфира и присоединение метакрилатных фрагментов проводили при разных параметрах среды СК-CO2: изоцианатную группу вводили в «жестких условиях»: 65 °C, 20—24 МПа, а введение метакрилатной группы происходило в «мягких условиях»: 40 °C, 12—13 МПа. Осуществлена полимеризация полученных мономеров с получением пространственно-сшитых систем на основе как индивидуальных модифицированных мПЭГ, так и его композиций с метакрилированным полилактидом. Такие системы в дальнейшем могут быть использованы в качестве матриц для иммобилизации клеток и создания имплантатов.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.2.006

2025, №2

сс. 71-89

Статьи

Сверхкритическая флюидная экстракция биологически активных веществ из биомассы мха Polytrichum commune

Н.А. Будаев, Д.С. Косяков, А.В. Фалёва, И.И. Пиковской, А.А. Онучина, А.Д. Ивахнов, Н.В. Ульяновский.

Цитировать

Ключевые слова: сверхкритическая флюидная экстракция, мох, Polytrichum commune, биологически активные вещества

Листостебельный мох Кукушкин лен (Polytrichum commune, P. commune) широко распространен в природе, активно используется в народной медицине и является перспективным возобновляемым сырьем для получения ценных биологически активных веществ. В настоящем исследовании предложен способ извлечения липофильных экстрактивных веществ из биомассы P. commune с использованием сверхкритической флюидной экстракции смесью диоксида углерода с ацетоном (9 : 1). Реализация планированного эксперимента с варьированием температуры, давления и продолжительности экстракции позволила установить оптимальные условия проведения процесса для достижения максимальных значений выхода экстрактивных веществ (> 1,5 %), содержания в них полифенолов и антиоксидантной активности экстракта. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии — масс-спектрометрии высокого разрешения изучен компонентный состав получаемых экстрактов, основу которых составляют стильбеновый флавонон коммунин А, дитерпеноиды и пентациклические тритерпеноиды, полиненасыщенные жирные кислоты и феофитин А, обладающие высокой антиоксидантной и биологической активностью.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.2.007

2025, №3

сс. 4-7

Информация

2025, №3

сс. 8-21

Статьи

Ключевые слова: бурый и каменный угли, антрацит, воспламенение, горение, водокислородный флюид

Представлены результаты исследования окисления углей разной степени углефикации в атмосфере кислорода и водокислородного флюида (коэффициент избытка кислорода 1,22—1,43) при нагреве реактора с постоянной скоростью (1 °C/мин) до 550 °C. Из временных зависимостей температуры и давления реакционных смесей следует, что добавление водяного пара к кислороду снижает температуру воспламенения углей и интенсифицирует их горение. Для углей высокой степени углефикации этот эффект наиболее ярко выражен. При определенных величинах суммарного тепловыделения окисление углей как в атмосфере O2, так и водокислородного флюида (H2O/O2-флюида) протекает по механизму теплового взрыва. Обсуждается влияние состава органических и минеральных компонентов углей на их способность к воспламенению.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.3.001

2025, №3

сс. 22-33

Статьи

Ключевые слова: бинарная система, фазовое поведение, сверхкритическое флюидное состояние, экстракция, эффективность процесса

Представлены результаты экспериментального исследования фазового поведения бинарной смеси фреон R404A—ацетон, проведенного при температурах 356,15, 372,15 и 392,15 К. Установлен I—II тип фазового поведения смеси по классификации Уильямса. Приведены результаты исследования сверхкритического флюидного (СКФ) экстракционного процесса применительно к задаче извлечения ацетона из его водного раствора 3,5 %-ной и 10 %-ной массовой концентрации. В процессе, осуществленном при температуре 356,15 К (82,85 °С), установлено увеличение эффективности экстракционного процесса по мере приближения давления к его критическому значению для обозначенной бинарной системы.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.3.002

2025, №3

сс. 34-41

Статьи

Ключевые слова: сверхкритический диоксид углерода, масляные и эксплуатационные загрязнения трубопроводов

В статье представлена экологически чистая и экономически эффективная система очистки трубопроводов судовых систем от масляных и эксплуатационных загрязнений с использованием в качестве растворителя сверхкритического диоксида углерода (СК-СО2). Описана технологическая схема очистки трубопроводов от масляных загрязнений с эффективностью очистки до 97 %. Применение установки отмывки трубопроводов с использованием в качестве моющего агента СК-CO2 упрощает процесс очистки внутренних поверхностей трубопроводов различной длины, диаметра и конфигурации, значительно сокращает время ремонтно-восстановительных работ, снижает трудоемкость, обеспечивает минимизацию образующихся в результате очистки жидких маслосодержащих отходов, снижает материальные и энергетические затраты на их переработку.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.3.003

2025, №3

сс. 42-49

Статьи

Ключевые слова: быстрое расширение сверхкритического флюида, микронизация, растворимость, активная фармацевтическая субстанция, таблетки

N-Бутил-N-метил-1-фенилпирроло[1,2-a]пиразин-3-карбоксамид (ГМЛ-3) является соединением, обладающим одновременно анксиолитической и антидепрессивной активностью. Как и большинство соединений, разрабатываемых в качестве активных фармацевтических субстанций (АФС), оно практически нерастворимо в воде, что может негативно сказываться на ее биодоступности и затрудняет разработку таблеток на ее основе. Согласно уравнению Нойеса—Уитни, солюбилизация плохо растворимых АФС в воде возможна за счет увеличения площади контакта с водной средой или путем достижения пересыщенного состояния в растворе. Площадь поверхности АФС может быть увеличена за счет микронизации с помощью такого метода как быстрое расширение сверхкритического (СК) флюида (RESS). Растворимость ГМЛ-3 в CO2 делает возможным его микронизацию методом RESS и разработку таблеток с микронизированной АФС.

doi:10.34984/SCFTP.2025.20.3.004