Цели. При разработке схем разделения жидких смесей часто отдается предпочтение конкретному процессу или схеме. В редких случаях рассматривается не один, а несколько альтернативных вариантов разделения, чаще основанных на одном фазовом процессе, как правило, ректификации. Имеющиеся на сегодня обзорные работы по особенностям реализации того или иного приема разделения сконцентрированы на конкретном процессе: экстрактивная ректификация, сочетание ректификации и расслаивания, экстракция. Комплексные исследования по сравнению схем разделения смесей разной физико-химической природы, базирующихся на разных процессах и специальных методах, не проводились. Научные публикации в данной области представлены фрагментарно и относятся к определенным объектам исследования. Целью настоящей работы является сравнительный анализ процессов и методов разделения жидких смесей на основе критического обзора литературы и результатов собственных исследований.

Методы. Работа базируется на критическом анализе литературы и математическом моделировании фазовых равновесий на основе уравнений локальных составов с использованием свободно распространяемых программных комплексов.

Результаты. Проведен обзор научной литературы, на основе которого показаны достоинства и недостатки конкретных приемов разделения жидких смесей, преимущества и ограничения на сочетание в одной схеме различных процессов (в том числе в гибридных технологиях).

Выводы. Перспективными направлениями дальнейших исследований в области синтеза и сравнения схем разделения смесей органических продуктов за счет использования различных методов и процессов разделения являются: оценка эффективности применения различных процессов (экстракции, расслаивания, специальных приемов ректификации) на разных этапах разделения смеси различной компонентности; сравнительный анализ процессов экстрактивной и гетероазеотропной ректификации при разделении смесей разного исходного состава (выделение областей энергетического преимущества каждого процесса); оценка эффективности реализации схем, основанных на сочетании экстракции с другими процессами, в зависимости от стадии регенерации экстрагента.

Цели. Пероральное применение ибупрофена часто требует значительно более высоких доз, чем необходимая терапевтическая доза, из-за низкой растворимости и быстрого метаболизма этого противовоспалительного препарата. Чтобы улучшить его растворимость и биодоступность, ибупрофен, вводимый перорально, может быть инкапсулирован в наночастицы хитозана. Для того, чтобы повысить эффективность доставки лекарства при прохождении через желудочно-кишечный тракт, можно регулировать высвобождение ибупрофена из наночастиц хитозана, контролируя рН. В то время как ионное гелеобразование обеспечивает универсальный синтез нанохитозана, влияние соотношения хитозана и триполифосфата (CS/TPP) на эффективность инкапсуляции и загрузочную способность наночастиц хитозана, содержащих ибупрофен (IBU-CSNPS), а также на их высвобождение при различных значениях рН, остается неизученным. Цель исследования — определить подходящее соотношение CS/TPP для получения наивысших значений инкапсуляции и загрузочной способности, а также оценить морфологию, характеристики высвобождения и способность к разложению IBU-CSNPS в оптимальных условиях.

Методы. Влияние соотношения CS/TPP на инкапсуляцию и загрузочную способность ибупрофена, содержащего наночастицы, изучают путем сравнения общей и свободной концентраций препарата и масс CSNP и IBU-CSNP. Для выяснения характерных свойств IBU-CSNPs, приготовленных при оптимальном соотношении CS/TPP, был проведен углубленный анализ, включающий их морфологию, химическую структуру, профиль кристалличности, разложение in vitro и поведение при высвобождении. Профиль высвобождения IBU-CSNPs изучался с помощью моделирования поведения IBU-CSNPs в желудочной и кишечной жидкостях, а также при последовательном введении в желудочную и кишечную жидкости.

Результаты. Найдено, что инкапсуляция и загрузочная способность IBU-CSNPs значительно повышаются при соотношении CS/TPP = 1 : 1 мг/мг, достигая 77.70 ± 0.65% и 46.62 ± 0.39% соответственно. Модельные наночастицы IBU-CSNPs имеют сферическую форму с равномерным распределением по размерам (приблизительно 50–60 нм) и ускоренным разложением по сравнению с наночастицами чистого хитозана в условиях, имитирующих желудочно-кишечный тракт. Синтезированные IBU-CSNPs демонстрируют значительную кислотоустойчивость благодаря минимальному высвобождению лекарственного средства — 9.44% в желудочной жидкости через 3 часа. Однако при длительном нахождении в кишечной жидкости достигается равновесное кумулятивное высвобождение в размере 94.51% в течение 5 дней. Кинетика высвобождения лекарственного средства с использованием моделей Копча и Корсмейера–Пеппаса предполагает высвобождение с контролем эрозии в желудочной жидкости и высвобождение со способностью к набуханию и контролем диффузии в кишечной жидкости.

Выводы. Полученные результаты представляют значительную ценность в разработке PH-чувствительных IBU-CSNPs для контролируемой доставки ибупрофена при пероральном приеме. 

Цели. В настоящее время для лечения заболеваний, имеющих генетическое происхождение, разрабатываются методы генной терапии, основанные на доставке в клетки организма терапевтических нуклеиновых кислот. Среди современных систем доставки лекарственных средств особое место занимают невирусные средства, основанные на использовании разнообразных липидов для получения липосом и мицелл. Целью данной работы является синтез и изучение свойств димерных катионных амфифилов нерегулярного строения с симметричным и ассиметричным гидрофобным блоком для определения влияния структуры на физико-химические свойства, что позволит оценить перспективы их применения в качестве трансфекционных агентов.

Методы. Формирование гидрофобных и гидрофильных блоков предполагает проведение реакций производных L-цистина и диэфиров L-глутаминовой кислоты и диэтаноламина с помощью конденсирующих агентов: N,N-дициклогексилкарбодиимида (DCC) + 4-диметиламинопиридина (DMAP) или гексафторфосфат бензотриазолтетраметилурония (HBTU) + диизопропилэтиламина (DIPEA). Для выделения продуктов реакции из реакционной смеси применялась колоночная хроматография и/или препаративная тонкослойная хроматография на силикагеле. Структура полученных соединений подтверждена данными спектроскопии ядерного магнитного резонанса 1Н и масс-спектрометрии. Синтезированные липопептиды в водной среде образовывали липосомальные дисперсии, размер частиц которых определяли методом фотонно-корреляционной спектроскопии.

Результаты. Разработаны схемы получения новых димерных катионных амфифилов на основе производных L-цистина. Гидрофобные блоки полученных соединений включают диэфиры диэтаноламина и L-глутаминовой кислоты (С10, С14 и С16). Целевые липопептиды были использованы для получения липосомальных дисперсных систем в смеси с природными липидами. Для всех дисперсий определен гидродинамический размер сформированных частиц, который находится в интервале от 50 до 200 нм.

Выводы. Изучены физико-химические свойства водных дисперсий на основе синтезированных соединений. Димерные амфифилы в смеси с фосфатидилхолином и холестерином образуют липосомальные частицы. Показано влияние структуры амфифилов на размер получаемых агрегатов. Установлено, что наиболее значимым параметром, влияющим на размер частиц, является число остатков L-орнитина (0, 1, 2) в составе целевых продуктов. 

Цели. Целью данного исследования является изучение кинетики и термодинамики экстракции фурфурола из кожуры сладкого картофеля с использованием дихлорметана (CH₂Cl₂) в качестве растворителя и серной кислоты в качестве катализатора. Для этого было решено определить кинетические параметры производства фурфурола, используя модели первого и второго порядка, оптимизировать температуру экстракции и оценить термодинамические свойства реакции.

Методы. Картофельная кожура была выбрана для экстракции фурфурола из-за высокого содержания в ней гемицеллюлозы, экономичности и экологичности. В качестве растворителя был выбран дихлорметан благодаря его безопасности, низкой энергоемкости и совместимости с экологически чистыми процессами экстракции. Условия эксперимента включали варьирование температур (60, 70 и 80°C) и размеров частиц порошка (<5 мм). В процессе эксперимента осуществлялся контроль на соответствие реакции кинетическим моделям и расчет термодинамических характеристик.

Результаты. Экспериментальные результаты показали, что кинетическая модель первого порядка лучше описывает реакцию, энергия активации (Eₐ) равна 85.99 кДж/моль. Термодинамический анализ показал изменение энтальпии (ΔH) на 83.14 кДж/моль, изменение энтропии (ΔS) на −86.08 Дж/(моль·К), а свободная энергия Гиббса (ΔG) варьировалась от 111.80 до 112.66 кДж/моль в зависимости от выбранных температур. При температуре 80°C были достигнуты оптимальные условия экстракции, и получена наиболее высокая концентрацию фурфурола методом гидролиза с использованием серной кислоты в качестве катализатора. Реакция имеет энергоемкий, но контролируемый характер, что говорит о необходимости дальнейшей оптимизации процесса.

Выводы. Исследование продемонстрировало эффективность дихлорметана в качестве растворителя для экстракции фурфурола из кожуры сладкого картофеля при оптимальных условиях. Кинетические и термодинамические результаты проясняют механизм реакции и обосновывают ее промышленное применение. Будущие исследования должны быть сосредоточены на моделировании выделения фурфурола из тройных систем растворителей с использованием Aspen Plus для повышения устойчивости и масштабируемости.

Цели. Конденсацией 2-(циклогексен-1-ил)циклогексанона (кетона Валлаха) с 1,2-, 1,3-диолами и 1,2-этандитиолом получить соответствующие циклогексенильные производные 1,4-диоксаспиро[4.5]декана, 1,5-диоксаспиро[5.5]ундекана и 1,4-дитиаспиро[4.5]декана; определить длительность реакции и температуру проведения процесса, при которых достигается максимально возможный выход целевых циклических производных 2-(циклогексен-1-ил)циклогексанона и оценить антикоррозионные свойства полученных ацеталей в кислой среде; на примере 1,4-диоксаспиро[4.5]декана осуществить дихлоркарбенирование и установить строение полученных изомеров.

Методы. Целевые соединения, такие как циклические ацетали, были получены классическим способом органического синтеза — конденсацией 2-(циклогексен-1-ил)циклогексанона (кетона Валлаха) с 1,2-, 1,3-диолами и 1,2-этандитиолом. Для определения качественного и количественного состава реакционных масс были использованы следующие методы анализа: газожидкостная хроматография (хроматограф Кристаллюкс-4000М с пламенно-ионизационным детектором, капиллярной колонкой 25 м × 0.33 мм, содержащей 100%-й полидиметилсилоксан в качестве неподвижной фазы 0.5 μm), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (прибор «BrukerAM-500» с рабочими частотами 500 и 125 МГц) и элементный микроанализ (метод экспресс-гравиметрии; хлор и серу определяли методом Шёнигера).

Результаты. В условиях термического нагрева кетона Валлаха с 1,2-, 1,3-диолами и 1,2-этандитиолом получены 1,4-диоксаспиро[4.5]декан, 1,5-диоксаспиро[5.5]ундекан и 1,4-дитиаспиро[4.5]декан с выходом 95%. Установлено, что 5,5-диметилдиоксановое производное обладает умеренным ингибирующим эффектом по отношению к кислотной коррозии углеродистой стали Ст20 при температуре 60°С. Определено, что дихлоркарбенирование 1,4-диоксаспиро[4.5]декана протекает с образованием смеси двух диастереомеров (соотношение 1 : 2), о чем свидетельствуют удвоенные сигналы атомов углерода в углеродном спектре.

Выводы. 2-(Циклогексен-1-ил)циклогексанон 1 конденсируется с 1,2-, 1,3-диолами и этандитиолом с образованием соответствующих спироциклических производных с высокими выходами. Показано, что 1,4-диоксаспиро[4.5]декан вступает в реакцию дихлоркарбенирования в условиях реакции Макоши с образованием полициклического гем-дихлорциклопропана в виде смеси двух диастереомеров. Найдено, что 7-(циклогекс-1-ен-1-ил)-3,3-диметил-1,5-диоксаспиро[5.5]ундекан способен тормозить коррозию стали в кислых средах.

Цели. Рассмотреть влияние гидродинамической кавитации на групповой углеводородный состав прямогонного мазута и структурные характеристики его асфальтенов.

Методы. Кавитационную обработку мазута проводили в гидродинамическом режиме с использованием аппарата «Донор-2». Перепад давления в рабочей части составлял 50 МПа, число циклов обработки варьировали от 1 до 10. В ряде случаев, для интенсификации процесса, мазут компаундировали с низкокипящими углеводородами (пропан-бутановой фракцией, декалином). Определение группового углеводородного состава образца основывалось на различной растворимости углеводородов в полярных и неполярных растворителях, асфальтены исследовались методами дифрактометрии и спектроскопии комбинационного рассеяния (рамановской спектроскопии).

Результаты. Показано, что в результате кавитационного воздействия изменяется групповой углеводородный состав образца, в нем снижается содержание смол и асфальтенов, возрастает доля масляной фракции и при этом изменяется ее групповой углеводородный состав. Кроме этого установлено, что при кавитационном воздействии изменяются структурные характеристики асфальтенов: у них снижаются параметры кристаллитов La и Lc , характеризующие их размеры в плоскости и по высоте, увеличиваются расстояние между алкильными заместителями и степень ароматичности асфальтенов. Обработка спектров комбинационного рассеяния различными методами показала принципиальную схожесть результатов: увеличение интенсивности воздействия приводило к увеличению структурной разупорядоченности асфальтенов. В случае предварительного компаундирования образца с низкокипящими углеводородами эффект от кавитационной обработки усиливался.

 Выводы. Полученные результаты могут свидетельствовать о локализации пузырьков кавитации на границах сложных структурных единиц нефтяной дисперсной системы, сформированных асфальто-смолистыми веществами и дисперсионной средой. В связи с этим, именно смолы и асфальтены подвергаются наибольшему термическому воздействию, возникающему при схлопывании кавитационных пузырьков. Деструкция смол и асфальтенов приводит к уменьшению размеров сложных структурных единиц и, соответственно, снижению вязкости нефтяной дисперсной системы, а масляная фракция при этом обогащается насыщенными углеводородами. 

Цели. Этилбензол (ЭБ) — важный промежуточный продукт для получения стирола. Для производства стирола используется бóльшая часть производимого в мире ЭБ. Меньшее его количество употребляется в качестве растворителя или для производства других химических веществ. Цель данной работы — провести обзор современных технологий производства ЭБ.

Результаты. Показано, что жидкофазный процесс получения ЭБ с использованием цеолитсодержащих катализаторов для алкилирования и трансалкилирования является наиболее перспективным подходом к производству ЭБ вследствие максимальной простоты и эффективности. Используемые цеолитсодержащие катализаторы по сравнению с жидкофазными катализаторами алкилирования, например, хлористым алюминием, отличаются высокой активностью, селективностью, стабильностью, устойчивостью к примесям; кроме того, они некоррозионноактивны, экологичны, регенерируемы, характеризуются высоким межрегенерационным пробегом. Более половины производимого ЭБ в мире получают по технологии EBMax с использованием катализатора на основе цеолита семейства MWW (МСМ-22). Технология позволяет использовать низкое соотношение бензола к этилену (от 2.5 до 4), что снижает скорость циркуляции бензола, повышает эффективность и снижает пропускную способность колонны для извлечения бензола. Основная часть современных исследований в области технологии алкилирования бензола этиленом в ЭБ связана с созданием и использованием цеолитсодержащих катализаторов, представляющих собой твердые пористые системы, содержащие активный компонент и связующее вещество. Активным компонентом служат цеолиты USY, Beta, морденит, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-48, МСМ-22, МСМ-49. Предпочтительные катализаторы алкилирования включают цеолит Beta или цеолит семейства MCM-22. Связующими веществами являются оксид алюминия Al2O3, диоксид кремния SiO2 или аморфный алюмосиликат. Современные исследования также посвящены способам создания цеолитных материалов, имеющих увеличенную площадь мезопористой поверхности, путем различных обработок исходного цеолитного предшественника, включающих комбинации кислотной обработки, обработки поверхностно-активными веществами с последующей обработкой щелочным раствором. Приведены современные разработки в области создания новых российских катализаторов алкилирования и трансалкилирования для получения ЭБ.

Выводы. Производство ЭБ и дальнейшее развитие технологии получения катализаторов для его производства имеют важное значение в России и большой потенциал. Преимуществом обладает технология жидкофазного алкилирования в присутствии современных высокоактивных цеолитсодержащих катализаторов. 

Цели. Исследовать влияние равноканального углового прессования (РКУП) на структуру, прочность и коррозионные свойства сплава FeNiMnCr.

Методы. Структурные характеристики изучались с помощью рентгенофазового анализа и электронной микроскопии (scanning electron microscopy, transmission electron microscopy). Механические свойства оценивались по микротвердости и испытаниям на растяжение, коррозионная стойкость — потенциодинамическим методом в 3.5% растворе NaCl.

Результаты. Установлено, что РКУП приводит к значительному измельчению зерна, увеличению прочности (до 1010 МПа) и снижению плотности коррозионного тока, что говорит об улучшении пассивирующих свойств поверхности.

Выводы. РКУП повышает прочность и коррозионную стойкость сплава, что делает его перспективным для применения в ядерной энергетике, медицине и авиационно-космической промышленности.