ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РЕК МИРА; ОБЗОР

Jasim. M.S. Jamur — 2024-04-04

Недавние сообщения о новых проблемах загрязнения, вызванных присутствием лекарств в водной среде, вызвали большой интерес к исследованиям, направленным на анализ и смягчение связанных с этим экологических рисков, а также степени этого загрязнения. Основными источниками фармацевтических загрязнителей в природных озерах и реках являются сточные воды клиник, сточные воды фармацевтического производства и сточные воды жилых домов, загрязненные экскрементами потребителей лекарств. При оценке состояния рек фармацевтические загрязнители были определены как одни из новых загрязнителей. Предыдущие исследования показали, что примесями в широко используемых фармацевтических препаратах являются нестероидные противовоспалительные препараты, антибиотики, антиретровирусные и противораковые препараты. Кроме того, этот обзор демонстрирует использование аналитических методов для изучения этих загрязнителей в различных видах речной воды. Из-за их чрезвычайно низких концентраций в водной среде (примерно в диапазоне от нг/л до г/л) для идентификации и количественного определения этих продуктов необходимо применять методику высокочувствительного и селективного многокомпонентного одновременного анализа. Этот аналитический метод обеспечивает гибкие и надежные средства для выявления и оценки фармацевтических загрязнителей в пробах речной воды путем сочетания твердофазной экстракции и масс-спектрометрических методов. SPE-LC/MS/MS – основной метод оценки уровня загрязнения.

Для цитирования:

Джамур Джасим. M.С. Аналитические методы для оценки фармацевтического загрязнения рек мира; обзор. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 6-16. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.7017.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

СИНТЕЗ И АНАЛЬГЕТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МЕТИЛ-1-АНТИПИРИЛ-4-АРОИЛ-2,3-ДИОКСО-2,3,5,10-ТЕТРАГИДРОБЕНЗО[B]ПИРРОЛО[2,3-E][1,4]ДИАЗЕПИН-10A(1H)-КАРБОКСИЛАТОВ

Vadim A. Lyadov — 2024-04-04

В данной работе рассмотрено взаимодействие 1-антипирил-4-ароил-5-метоксикарбонил-1Н-пиррол-2,3-дионов с о-фенилендиамином. С целью получения новых биологически активных соединений были синтезированы метил-1-антипирил-4-ароил-2,3-диоксо-2,3,5,10-тетрагидробензо[b]пирроло[2,3-e][1,4]диазепин-10a(1H)-карбоксилаты путем взаимодействия 1-антипирил-4-ароил-5-метоксикарбонил-1Н-пиррол-2,3-дионов с о-фенилендиамином. Структуры полученных соединений подтверждены методами ¹Н ЯМР, ИК-спектроскопии, рентгеноструктурным и элементным анализом. Наличие нескольких электрофильных центров в структуре антипирилзамещенных 1Н-пиррол-2,3-дионов придает им высокую реакционную способность по отношению к бинуклеофильным реагентам. По-видимому, описанное взаимодействие осуществляется путем первоначальной нуклеофильной атаки одной аминогруппы о-фенилендиамина на атом углерода С5 пиррол-2,3-дионового цикла с последующей атакой другой аминогруппы на карбонильный атом углерода ароильного фрагмента с замыканием диазепинового цикла. Описанная реакция представляет собой удобный препаративный способ синтеза ранее не описанных метил-1-антипирил-4-ароил-2,3-диоксо-2,3,5,10-тетрагидробензо[b]пирроло[2,3-e][1,4]диазепин-10a(1H)-карбоксилатов, представляющих интерес в качестве фармакологических субстанций. Описанное взаимодействие протекает быстро и с высокими выходами. Для полученных соединений проведен скрининг анальгетической активности, по результатам которого у некоторых продуктов обнаружено более выраженное воздействие по сравнению с препаратом сравнения (диклофенаком натрия). Предварительно была проведена оценка острой токсичности, по результатам которой производные 2,3,5,10-тетрагидробензо[b]пирроло[2,3-e][1,4]диазепина оказались безопасными для дальнейших исследований. Выживаемость животных во всех группах составляет 100% через 24 ч и 100% через 14 сут. Скрининг анальгетической активности был выполнен методом горячей пластинки. Регистрация времени проводилась с момента помещения на горячую поверхность до появления поведенческого ответа на ноцицептивную стимуляцию через 60 и 120 мин после введения веществ.

Для цитирования:

Лядов В.А., Макрушин Д.Е., Денисламова Е.С., Масливец А.Н., Триандафилова Г.А., Солодников С.Ю. Синтез и анальгетическая активность метил-1-антипирил-4-ароил-2,3-диоксо-2,3,5,10-тетрагидробензо[b]пирроло[2,3-e][1,4]диазепин-10a(1H)-карбоксилатов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 17-23. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6939.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (4E)-3-АЛКИЛ(БЕНЗИЛ)АМИНО-4-(ГИДРОКСИИМИНО)НАФТАЛИН-1(4H)-ОНОВ С 2,2-ДИГИДРОКСИ-1,3-ИНДАНДИОНОМ

Leonid M. Gornostaev — 2024-04-04

Многие природные и синтетические производные хинонов, в том числе производные нафтохинонов, обладают рядом ценных свойств. Они известны как красители, антибиотики, витамины и антиоксиданты. Некоторые производные нафтохинонов действуют как цитостатические и противоопухолевые реагенты. Однако восстановление хиноидного фрагмента до семихинонового радикала и, как следствие, образование токсичных анион-радикалов, делает такие вещества кардиотоксичными. Замена одной или обеих карбонильных групп на имино фрагмент может быть одним из путей решения этой проблемы, т.к. иминохиноны демонстрируют менее легкий окислительно-восстановительный цикл. В статье приведены результаты МТТ-теста (первичный скрининг на противоопухолевую активность) некоторых 3-ариламино-1,4-нафтохинон-4-оксимов, синтезированных нами ранее. Показано, что (4E)-4-(гидроксиимино)-3-(п-этоксифениламино)нафто-1(4H)-он наиболее активен в отношении линии опухолевых клеток аденокарциномы толстой кишки, а (4E)-4-(гидроксиимино)-3-(п-толиламино)нафто-1(4H)-он – в отношении хронического миелоидного лейкоза. В данной работе нами проведено оксимирование 2-алкил(бензил)амино-1,4-нафтохинонов гидроксиламином в этаноле и получен ряд (4E)-3-алкил(бензил)амино-4-(гидроксиимино)нафталин-1(4H)-онов. Исследованы реакции синтезированных продуктов с 2,2-дигидрокси-1,3-индандионом (нингидрином) в различных условиях: в уксусной кислоте при умеренном нагревании и в диметилсульфоксиде в присутствии метансульфокислоты при различных температурных режимах. Показано, что взаимодействие (4E)-3-алкил(бензил)амино-4-(гидроксиимино)нафталин-1(4H)-онов с нингидрином в уксусной кислоте приводит к (6E)-5-алкил(бензил)амино-6-гидроксиимино-4b,11b-дигидрокси-4b,5-дигидробензо[f]индено[1,2-b]индол-11,12(6H,11bH)-дионам. В более жестких условиях (диметилсульфоксид, метансульфокислота, нагревание) образуется смесь продуктов, главные из которых – 1-алкил-3’H-спиро[бензо[f]индол-2,1’-изобензофуран]-3,3’,4,9(1H)-тетраоны и 13-алкил(бензил)бензо[f]изохромено[4,3-b]индол-5,7,12(13Н)-трионы. Выход продуктов зависит от выбранного температурного режима реакции. Строение всех полученных соединений подтверждено данными физико-химических методов анализа, таких как: ¹Н и ¹³С ЯМР-спектроскопия, ИК-спектроскопия, масс-спектрометрия высокого разрешения, спектрофотометрия в видимой области и элементный анализ.

Для цитирования:

Горностаев Л.М., Руденко Д.С., Кирик С.Д., Краснов В.И. Взаимодействие (4E)-3-алкил(бензил)амино-4-(гидроксиимино)нафталин-1(4H)-онов с 2,2-дигидрокси-1,3-индандионом. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 24-35. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.7015.

ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛЬВАТАЦИИ В СИСТЕМЕ ПЕРХЛОРАТ ЛИТИЯ-ПРОПИЛЕНКАРБОНАТ-ДИМЕТИЛКАРБОНАТ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА

Kamil Sh. Rabadanov — 2024-04-04

Различие свойств растворителей может в значительной мере отражаться на явлениях сольватации в индивидуальных и, в особенности, в смешанных растворах. В частности, можно полагать, что в смешанных растворителях, т.е. в системах с промежуточной диэлектрической проницаемостью (смеси линейных и циклических эфиров угольной кислоты), катионы будут более сильно связывать молекулы линейных эфиров и более слабо связывать молекулы циклических эфиров, чем это имеет место в индивидуальных растворителях. В настоящей работе представлено исследование спектров комбинационного рассеяния света (КРС) растворов перхлората лития в пропиленкарбонате (ПК), диметилкарбонате (ДМК) и их смеси в широком интервале концентраций соли. Показано, что эффекты сольватации катиона отчетливо прослеживаются в области симметричных колебаний кольца (~690-730 см^-1) пропиленкарбоната и в области деформационных колебаний ОСО (~520 см^-1) диметилкарбоната. Данные эффекты проявляются также в смешанном растворителе. Для суждения о структурных изменениях систем со смешанным растворителем был использован так называемый метод дифференциальной спектроскопии комбинационного рассеяния света. Он заключался в построении и сравнении спектров растворов солей лития в смешанных растворителях, аддитивной суммы спектров растворов солей лития в ПК и ДМК, а также их разности (дифференциальные спектры). Анализ дифференциальных спектров позволяет заключить, что в системах со смешанным растворителем имеет место ослабление взаимодействия молекул пропиленкарбоната с ионами, и происходит преимущественная сольватация катионов и анионов молекулами диметилкарбоната. Также в отличие от пропиленкарбоната, диметилкарбонат в большей степени сольватирует перхлорат-ионы, что следует из изменений контура линий в области проявления колебаний СН₃-групп (2970 см^-1). Сольватация анионов также наблюдается в смесевом растворителе.

Для цитирования:

Рабаданов К.Ш., Гафуров М.М., Ахмедов М.А., Рабаданова Д.И., Магомедова А.Г. Исследование сольватации в системе перхлорат лития-пропиленкарбонат-диметилкарбонат методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 36-42. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6967.

1Н ЯМР СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПИРИДО[1,2-A]БЕНЗИМИДАЗОЛА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ

Roman S. Begunov — 2024-04-04

Проведено систематическое исследование протонных ЯМР спектров пиридо[1,2-a]бензимидазола и 65 его моно-, ди- и полизамещенных производных, имеющих заместители в пиридиновом и/или в бензольном фрагменте. Выбор данных структур обусловлен большой практической значимостью, а также сложностью интерпретации их ¹Н ЯМР спектров. В результате исследований установлен ряд общих закономерностей расположения (характеристические диапазоны) на шкале химических сдвигов сигналов атомов водорода, связанных с ядром изученных гетероциклов. В ¹Н ЯМР спектре пиридо[1,2-a]бензимидазола и большинства его производных в самом слабом поле обнаруживался сигнал H¹ пиридинового цикла, связанный с углеродным атомом, который испытывал сильное электроноакцепторное влияние узлового эндоциклического атома азота. Сигнал другого гетароматического протона Н² обычно фиксировался в самой сильнопольной области спектра. Из ароматических протонов наименьший химический сдвиг имел сигнал Н⁸. Как показал анализ 1D ¹H NOE спектров ряда полученных в условиях реакции SEAr пиридо[1,2-a]бензимидазолов, это положение гетероцикла являлось реакционным центром для введения электрофильной частицы. Сигнал Н⁹ среди других ароматических протонов фиксировался в более слабом поле. Установлено влияние электронной природы заместителя и его положения в конденсированном гетероцикле на распределение электронной плотности в молекуле. Сделан вывод об отличии передачи электронных эффектов заместителей в пиридо[1,2-a]бензимидазолах от бензоидных систем. Проведено отнесение ряда спорных сигналов протонов с помощью ¹Н-¹Н NOESY и ¹H-¹⁵N HMBC спектроскопии. Выполненные исследования позволят использовать данные ¹Н ЯМР спектроскопии для установления потенциальных реакционных центров в пиридо[1,2-a]бензимидазолах и других аналогичных конденсированных производных пиридина с узловым атомом азота.

Для цитирования:

Бегунов Р.С., Фахрутдинов А.Н., Соколов А.А., Савина Л.И., Башков Н.Е. ¹Н ЯМР спектральные характеристики пиридо[1,2-a]бензимидазола и его производных. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 43-53. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6971.

СИНТЕЗ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРФТОРЭТИЛЗАМЕЩЕННЫХ ОЛИГОФТОРФОСФАТОВ АЛКИЛАММОНИЯ

Ivan G. Mokrushin — 2024-04-04

Моно-, ди-, триперфторэтилзамещенные фторфосфат-анионы являются билдинг-блоками в молекулярном дизайне солей с ониевыми катионами и используются для повышения гидрофобности, модификации поверхностно-активных свойств и электропроводности. В работе предложены методы синтеза суперкислоты H⁺[PF₃(C₂F₅)₃]^- реакцией три(пентафторэтил)дифторфосфорана с раствором плавиковой кислоты, а также суперкислот H⁺[PF₄(C₂F₅)₂]^- и H⁺[PF₅C₂F₅]^- постадийным снятием перфторэтильного заместителя гидролизом с последующей обработкой раствором HF. На основе полученных суперкислот метатезисом анионов при 0 °C из соответствующего хлорида четвертичного аммония cинтезированы ионные соединения из группы NR₄FAP с катионом трибутилметиламмония общей формулы [(C₄H₉)₃NCH₃]⁺[PF_6-n(C₂F₅)_n]^-, где n = 1, 2, 3. Квадратная бипирамидальная структура трех изучаемых анионов подтверждена данными спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и рентгеноструктурного анализа (РСА). Методами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и синхронного термического анализа (СТА) показано, что синтезированные соединения характеризуются чрезвычайно низким давлением паров до 300 °C, широким диапазоном жидкого состояния шириной до 310 К и относятся к ионным жидкостям (ИЖ), в том числе одна к типу жидких при комнатной температуре (RT-IL). Определены температуры и энтальпии плавления. Методом анализа выделяющихся газов (СТА-АВГ) проанализированы общие закономерности разложения соединений, показано, что во всех случаях разложение изучаемых ионных жидкостей начинается с деструкции аниона. Изучено электросопротивление чистой ионной жидкости при комнатной температуре. Описанные характеристики перфторэтилзамещенных олигофторфосфатов алкиламмония открывают перспективы для использования их в качестве электропроводящих и антистатических добавок для нефтехимии, топлив и полимеров.

Для цитирования:

Мокрушин И.Г., Пинегина О.А., Красновских М.П., Дмитриев М.В., Маркин И.В., Козен А.Л. Синтез и характеристики перфторэтилзамещенных олигофторфосфатов алкиламмония. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 54-61. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6916.

ИЗВЛЕЧЕНИЕ Li+ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ МЕМБРАНАМИ НА ОСНОВЕ ПВДФ, СОДЕРЖАЩИМИ ЧАСТИЧНО ПРОТОНИРОВАННЫЙ ПОЛИТИТАНАТ КАЛИЯ

Maria A. Vikulova — 2024-04-04

Извлечение лития из природных водных растворов как альтернативного источника этого химического элемента становится актуальной и востребованной задачей. Среди множества известных методов ионообменная адсорбция считается целесообразной как с точки зрения чистоты конечного продукта, так и с точки зрения экономической эффективности технологических операций. Соединения со слоистой и туннельной структурой являются перспективными ионообменными материалами. В данной работе в качестве адсорбента ионов Li⁺ исследуется частично протонированный полититанат калия. Это аморфное вещество химического состава K_1,3H_0,7Ti_4,1O₉ синтезировано путем обработки рентгеноаморфного слоистого полититаната калия K₂O·nTiO₂ (n = 4,1) в растворе неорганической кислоты. Мембраны на основе ПВДФ и порошка K_1,3H_0,7Ti_4,1O₉ изготовлены методом фазовой инверсии. С использованием кинетических моделей и изотерм адсорбции показано, что модель псевдопервого порядка (q_e = 0,5 мг/см²; k₁ = 0,014 мин^-1) и изотерма адсорбции Фрейндлиха (K_F = 0,028 (л)^1/n (мг)^1-1/n/см²; n = 1,595) лучше всего подходят для описания взаимодействия полученных мембран с ионами лития. Рассчитанные параметры адсорбционной емкости, коэффициента распределения (K_d), коэффициента разделения (α) и коэффициента концентрации (CF) подтверждают высокую селективность исследуемого ионообменного композита по отношению к ионам лития в присутствии ионов натрия и калия. Полученные результаты показывают, что мембрана на основе ПВДФ с частично протонированным полититанатом калия является хорошим кандидатом для селективного извлечения лития из природных водных растворов.

Для цитирования:

Викулова М.А., Максимова Л.А., Рудых В.Ю., Гороховский А.В. Извлечение Li⁺ из водных растворов мембранами на основе ПВДФ, содержащими частично протонированный полититанат калия. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 62-69. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6969.

ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТОВ TiO2-SiO2-P2O5/ZnO, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ БИОМАТЕРИАЛА

Valeria A. Tkachuk — 2024-04-04

В современной имплантологии перспективными являются композиты на основе различных неорганических и полимерных материалов, которые способны обеспечивать прочное сцепление с тканями, находящимися в контакте с имплантируемым материалом, и стимулировать рост новой ткани на поверхности имплантата. В работе использован в качестве матрицы макропористый катионит Токем-250, обладающий высокой избирательной способностью к ионам Zn²⁺, что дает возможность использовать его при разработке биоматериалов. Цинк оказывает прямое стимулирующее влияние на образование костной ткани и обладает антибактериальными свойствами. Для катионита Токем-250 на основе акрил-дивинилбензольной матрицы определены значения полной обменной емкости и сорбционной емкости по отношению к иону Zn²⁺. Полная обменная емкость катионита Токем-250 составляет 10,35 ммоль∙экв/г, сорбционная емкость составляет 73% от полной обменной емкости и равна 7,58 ммоль∙экв/г. Сферические композиты TiO₂-SiO₂-P₂O₅/ZnО на основе катионита Токем-250 синтезированы из спиртовых растворов золь-гель-методом. Для получения сферического композита установлены условия термообработки образцов: сушка при 60 ºС и ступенчатый отжиг при 150, 250, 350 ºС в течение 30 мин на каждой температурной ступени, при 600 ºС – 6 ч, при 800 ºС – 1 ч. Полученные композиты обладают способностью к осаждению и минерализации кальций-фосфатов на своей поверхности в биологических средах, т.к. имеют однородную структуру с равномерным распределением элементов по поверхности, мезопористую структуру с размером пор от 5 до 12 нм, наличие активных центров (Si⁴⁺, Ti⁴⁺) на поверхности композитов. Использование поливинилового спирта в качестве связующей добавки не препятствует образованию аппатитоподобного слоя.

Для цитирования:

Ткачук В.А., Лютова Е.С., Бузаев А.А., Борило Л.П., Спивакова Л.Н. Получение композитов TiO₂-SiO₂-P₂O₅/ZnO, исследование их свойств и возможностей применения в качестве биоматериала. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 70-76. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6953.

ПОВЕДЕНИЕ УРАНА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕМ ХРАНЕНИИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ КОНВЕРСИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Sergey Yu. Skripchenko — 2024-04-04

Проведен комплекс физико-химических исследований твердых радиоактивных отходов (РАО) приповерхностного хранилища конверсионного уранового производства. Установлено, что состав отходов представлен преимущественно соединениями кальция: гипсом, кальцитом и фторидом кальция. Уран содержится во всем объеме РАО. При этом по глубине залегания шлама он сконцентрирован неравномерно. Содержание урана в отходах составляет 0,005-0,65 масс.%. При формировании твердой фазы отходов уран преимущественно адсорбировался на поверхности основных компонентов шлама, часть его осаждалась в виде кальцийсодержащего уиксита Ca₂(UO₂)₂(Si₂O₅)₃·10H₂O, уранофана-альфа Ca(UO₂)₂(SiO₃OH)₂·5H₂O и уранкалкарита Ca(UO₂)₃CO₃(OH)₆·3H₂O. Изотопный состав урана, содержащегося в отходах хранилища, в пределах погрешности соответствует нормальному изотопному составу природного урана. Приповерхностное хранилище постоянно подвержено воздействию естественных природных факторов. Инфильтрация атмосферных осадков приводит к выщелачиванию из твердых РАО ряда компонентов, в том числе и урана. При этом он переходит в раствор в виде [(UO₂)₂CO₃(OH)₃]^-, [UO₂(CO₃)₂]^2-, [UO₂(CO₃)₃]^4- и Ca₂UO₂(CO₃)₃. Последующая миграция урана с инфильтрующимися водами способствует его распространению в пределах всего шламового поля, включая рекультивационный слой грунта и приповерхностный водоем. В отдельных областях хранилища содержание урана в рекультивационном слое грунта достигает 0,043 масс.%. Концентрация урана в прудке составляет 17,97 мг/дм³. Химический состав вод прудка характеризуется высоким содержанием хлорид-ионов (1,29 г/дм³), кальция (630 мг/дм³), сульфат-ионов (224 мг/дм³), гидрокарбонатов (122 мг/дм³). Водоем связан с грунтовыми водами, что повышает угрозу выхода загрязняющих веществ за пределы хранилища.

Для цитирования:

Скрипченко С.Ю., Титова С.М., Наливайко К.А., Семенищев В.С. Поведение урана при формировании и последующем хранении твердых радиоактивных отходов конверсионного производства. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 77-86. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6925.

ПРОЦЕССЫ СПЕКАНИЯ, ФАЗООБРАЗОВАНИЯ, ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ФАРФОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАРШАЛЛИТА И ДОБАВОК ВОЛЛАСТОНИТА

Vladimir I. Vereshchagin — 2024-04-04

Исследовано влияние маршаллита при полной замене им кварца и добавок волластонита (2,0 мас.%) на процессы спекания, фазообразования, структуру и свойства электротехнического фарфора. Объектом исследования является электротехнический фарфор традиционного компонентного состава (каолин, пластичная глина, полевой шпат, кварцевый песок). Установлено, что процессы плавления и спекания при обжиге фарфора исследованных составов не соответствуют равновесным. Образования расплавов тройных эвтектик систем R₂O-Al₂O₃-SiO₂ при температурах 985 и 1050 °С в количествах 45–60% не происходит. Образование расплава при обжиге керамики происходит за счет частных бинарных эвтектик «альбит –кремнезем» и «ортоклаз-кремнезем» при взаимодействии полевого шпата с кремнеземсодержащими компонентами (990 – 1060 °С). Связано это с тем, что первичный муллит образуется при температурах его стабильного состояния выше 1200 °С. Фактические процессы образования расплава при обжиге фарфора не являются равновесными. Перекристаллизация муллита происходит за счет растворения первичного муллита в расплаве с последующей кристаллизацией игольчатого муллита. Замена кварцевого песка на маршаллит приводит к снижению температур взаимодействия кремнезема с полевым шпатом и образованию первичного расплава, что отражается на снижении температуры обжига керамики на 70° с 1340 до 1270 °С. Добавка волластонита – CaSiO₃ (2 %мас.) интенсифицирует процесс растворения первичного муллита и кристаллизацию игольчатого муллита. Длина игл муллита увеличивается от 2–3 мкм до 7–10 мкм, иглы муллита образуют агрегаты, что обеспечивает увеличение прочности фарфора при изгибе на 36% до 80 МПа.

Для цитирования:

Верещагин В.И., Курбанбаев М.Е., Есимов Б.О., Роот Л.О., Могилевская Н.В. Процессы спекания, фазообразования, формирование структуры и свойства электротехнического фарфора с использованием маршаллита и добавок волластонита. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 87-98. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6960.

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Aleksandr N. Zaritovskii — 2024-04-04

В рамках расширения сырьевой базы материалов, используемых при разработке технологичных и производительных методов синтеза углеродных наноструктур (УНС), и решения проблемы экологически безопасного и экономичного рециклинга полимеров изложены результаты исследований микроволнового (МВ) каталитического пиролиза высокомолекулярных соединений из ряда полистирол, полипропилен, полиэтилентерефталат, поливиниловый спирт. Кратко рассмотрена информация о существующих подходах к решению данных задач, показана перспективность МВ переработки полимеров. Процесс осуществлялся микроволновой обработкой смеси полимерного сырья, выступающего в качестве донора углерода, и веществ-прекурсоров металлических катализаторов – соединений кобальта и никеля, их смесей, а также металлических железа и никеля. В роли регулятора температуры использовались графит и углеродное волокно. Эксперименты продемонстрировали, что эффективная конверсия изученных соединений происходит только в присутствии поглотителей-преобразователей МВ энергии, независимо от характера предшественника металлического катализатора. Образующиеся материалы, согласно данным электронной микроскопии, представляют собой смесь углеродных наноструктур разупорядоченной морфологии с преобладающим содержанием в продуктах реакции при экспериментах с полистиролом и полиэтилентерефталатом углеродных нанотрубок (УНТ). Использование полипропилена и поливинилового спирта приводит к получению углеродных наноструктур, содержащих лишь небольшое количество УНТ. Данные рентгенофазового анализа подтверждают образование многостенных углеродных нанотрубок в качестве основного структурного компонента полученных углеродных наноматериалов. Высказано предположение о близости путей преобразования исследованных углеводородов, несмотря на различие в температурах пиролиза, что может быть связано с одновременным протеканием процессов крекинга полимеров, карбонизации продуктов разложения и синтеза УНС из-за быстрого роста температуры реакционной массы при микроволновой обработке. Обоснована эффективность применения различных предшественников каталитических систем на основе переходных металлов в изученных процессах. Показано, что высокое содержание углерода в исходном сырье способствует образованию углеродных наноструктур, однако не является определяющим для получения углеродных нанотрубок.

Для цитирования:

Заритовский А.Н., Котенко Е.Н., Грищук С.В. Получение углеродных наноструктур из полимерных материалов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 99-106. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6957.

КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОЛИЗА ОТХОДОВ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Evgeniya A. Makarevich — 2024-04-04

В данной работе определены кинетические параметры различных стадий процессов протекающих при термическом разложении отходов резинотехнических изделий. Для исследования физико-химических и химических превращений, происходящих в образцах отходов резинотехнических изделий при изменении температуры, был проведен термический анализ. Установлено, что процессы термической деструкции углеродного компонента резинотехнических изделий подобны процессам, протекающим при пиролизе твердых природных горючих ископаемых, и условно состоят из четырех стадий. На основе дериватограммы определены температуры эндотермических минимумов, по началам пиков эффектов на кривой ДТА определили температуры процессов. Для определения кинетических параметров различных стадий процесса термической деструкции резинотехнических изделий без доступа воздуха в качестве исходного уравнения использовали закон Аррениуса, который описывает зависимость константы скорости реакции от температуры. Установлено, что для процесса терморазложения отходов резинотехнических изделий при пиролизе приемлемо кинетическое уравнение первого порядка, рассчитаны энергии активации, предэкспоненциальные множители каждой стадии термораспада. Наименьшая скорость реакции наблюдается в интервале температур 510–780 °C, соответственно данная стадия является лимитирующей и определяет скорость протекания процесса. Основываясь на результатах термического анализа, предложен и разработан способ, позволяющий получить облагороженный твердый углеродсодержащий остаток пиролиза путем прокаливания его при температуре 800-850 °С в бескислородной среде до полного прекращения процессов газовыделения. Полученные данные необходимы для моделирования процесса пиролиза резинотехнических изделий в производственных масштабах. На основе лабораторных исследований и полученных экспериментальных данных возможна оптимизация действующих производств пиролиза резинотехнических отходов.

Для цитирования:

Макаревич Е.А., Папин А.В., Черкасова Т.Г. Кинетические характеристики процессов термолиза отходов резинотехнических изделий. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 107-113. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6937.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВА ХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА

Aleksandr S. Andreev — 2024-04-04

В статье изложена разработка формализованной математической модели для количественной и качественной оценки термодинамического совершенства газового химического реактора. Реактор рассматривался как система энерготехнологическая, то есть в единстве преобразования вещества и энергии. Математическое моделирование и оценка термодинамического совершенства химического реактора обобщены на класс известных химически активных газовых систем, характерных для синтеза аммиака, окисления диоксида серы, синтеза метанола, окисления оксида азота и др. В качестве определяющих параметров при моделировании и оценке термодинамического совершенства химического реактора приняты равновесная степень превращения вещества и эксергия. Эти параметры являются функциями температуры и отражают противоборствующие тенденции процесса при ее изменении, оценка которых позволяет количественно определять нахождение максимума эксергии в координатах (Е-Т) при обосновании оптимальных температур проведения процесса. Апробация модели проведена на конкретном примере реактора окисления диоксида серы в производстве серной кислоты. Для компьютерного моделирования использовалась общедоступная среда программирования Octave. Разработанную математическую модель рекомендуется использовать при оперативной подготовке и оптимизации исходных данных на проектирование газовых реакторов. Математическая модель может быть дополнена разработанной авторами ранее математической моделью для количественной оценки текущего профиля степеней превращения целевого компонента химически активной реакционной газовой смеси по ходу ее движения в политропическом трубчатом реакторе типа «труба в трубе». После апробации и настройки модели на практике ее можно использовать в автоматизированной системе управления химическими реакторами, и в том числе при создании адаптивных систем управления.

Для цитирования:

Андреев А.С., Аксенчик К.В. Математическое моделирование и оценка термодинамического совершенства химического реактора. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 114-120. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6964.

КИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ХАОСА В ЛИНЕЙНЫХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ

Nikolay I. Kol'tsov — 2024-04-04

Хаос (хаотические колебания, странные аттракторы) представляет собой апериодические изменения тех или иных параметров исследуемой динамической системы, которые отличаются от других видов колебаний (затухающих, незатухающих, многопериодических) необычно сложным, непредсказуемым динамическим поведением и могут наблюдаться в течение сколь угодно длительного времени. Из теории динамических систем следует, что хаотические колебания могут быть описаны нелинейными системами обыкновенных дифференциальных уравнений с тремя и более независимыми переменными. До настоящего времени такие дифференциальные уравнения были использованы для построения кинетических моделей в рамках идеального закона действующих масс, описывающих хаотические колебания в гомогенных и гетерогенно-каталитических реакциях. Причем эти кинетические модели описывают хаотические колебания только для реакций, протекающих по нелинейным по промежуточным веществам стадийным схемам. В данной статье исследована возможность описания хаотических колебаний линейными системами обыкновенных дифференциальных уравнений с тремя независимыми переменными, которые в рамках неидеального кинетического закона Марселина-де Донде соответствуют линейным по промежуточным веществам стадийным схемам. Показано, что в реальных условиях, при выполнении закона Марселина-де Донде, кинетические модели линейных по промежуточным веществам механизмов позволяют описать как угодно сложное динамическое поведение каталитических реакций. Установлены четырехстадийные линейные по промежуточным веществам схемы, кинетические модели которых описывают хаотические колебания реакций взаимодействия монооксидов азота и углерода (2NO + CO → N₂O + CO₂) и окисления монооксида углерода (2CO + О₂ → 2CO₂) на платиновых катализаторах с кинетикой Марселина-де Донде в изотермическом безградиентном реакторе.

Для цитирования:

Кольцов Н.И. Кинетические модели хаоса в линейных каталитических реакциях. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 121-127. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6956.

ВЛИЯНИЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НА КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННОГО РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ МАГНИЕВОГО СПЛАВА WE43

Andrei V. Paspelau — 2024-04-04

В работе с помощью физико-химических методов исследований, таких как сканирующая электронная микроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектро-скопия, рентгенофазовый анализ, изучено влияние термической обработки (Т5) на структуру магниевого сплава WE43. Показано, что поверхность сплава WE43 характеризуется сетчатой микроструктурой, выраженной фазами α-Mg и β-Mg, содержащей редкоземельные элементы (Y – до 3,7 мас.%; Nd – до 1,1 мас.%). Микроструктура термо-обработанного сплава WE43-T5 характеризуется наличием фазы α-Mg и равномерно распределенными фазами глобулярной и пластинообразной форм. В исследуемых образцах наблюдаются контрастные области, относящиеся к металлическим фазам легирующих элементов (Mg₄₁Nd_5,Mg₁₂Nd, Mg₅Gd, MgY, Mg₂₄Y₅). С использованием комплекса электрохимических методов изучено коррозионное поведение сплавов WE43 и WE43-T5 в модельных растворах, имитирующих среду костной ткани: в растворе Хэнка с pH 7,4 и в соответствующем травмированному состоянию костной ткани подкисленном растворе Хэнка с pH 5,0. Установлено, что процесс термообработки магниевого сплава WE43 позволяет снизить скорость коррозии в растворах Хэнка с pH 7,4 и рН 5,0 в 4,4 раза и 2,7 раза, соответственно. Показано, что значения экспоненциального показателя n₁ и n₂ находятся в пределах от 0,81 до 0,97. Значения экспоненциального показателя, близкие к 1, указывают на то, что элемент постоянной фазы моделирует импеданс распределенного емкостного элемента. Термообработка приводит к увеличению поляризационного сопротивления сплава WE43 в растворе Хэнка (рН=7,4) в 2,5 раза. В растворе Хэнка (рН=5,0) поляризационное сопротивление термообработанного сплава уменьшается на 68%. Значения R_p образцов WE43 и WE43-T5 в растворе Хэнка (рН=5,0) сопоставимы.

Для цитирования:

Поспелов А.В., Касач А.А., Курило И.И., Цыганов А.Р. Влияния термообработки на коррозионные свойства легированного редкоземельными элементами магниевого сплава WE43. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 128-135. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.7076.