Цели. Разделение смеси метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) и трет-бутанола или трет-бутилового спирта (ТБС) представляет собой актуальную задачу химической технологии из-за ограниченных исследований в этой области по сравнению со смесью МТБЭ–метанол. Целью данной работы является оценка возможности и эффективности использования глубоких эвтектических растворителей (ГЭР) на основе хлорида холина в качестве «зеленых» экстрагентов для разделения смеси МТБЭ–ТБС методом жидкостно-жидкостной экстракции (ЖЖЭ).

Методы. ГЭР были приготовлены методом смешения и нагревания акцептора водородной связи с соответствующими донорами водородной связи в определенных молярных соотношениях. Экспериментально изучено фазовое равновесие жидкость–жидкость в четырех трехкомпонентных системах, содержащих МТБЭ, ТБС и ГЭР на основе хлорида холина в сочетании с малоновой кислотой (1 : 1), глутаровой кислотой (1 : 1), мочевиной (1 : 2) и глицерином (1 : 2). Эксперименты проведены при температурах 293.15 и 315.15 K и атмосферном давлении. Определены составы равновесных жидких фаз методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса ¹Н (500 МГц, диметилсульфоксид-d₆).

Результаты. На основе экспериментальных данных рассчитаны ключевые параметры экстракции: коэффициенты распределения для ТБС и селективность разделения МТБЭ–ТБС для каждого из исследованных ГЭР. Проведен сравнительный анализ экстракционной способности исследуемых ГЭР по отношению к разделяемым компонентам. Экспериментальные данные по фазовому равновесию подтверждают принципиальную возможность использования исследованных ГЭР на основе хлорида холина в качестве экстрагентов для разделения смеси МТБЭ–ТБС. Рассчитанные значения селективности и коэффициентов распределения позволяют оценить относительную эффективность различных доноров водородной связи в составе ГЭР для данной задачи разделения. Сравнительный анализ экстракционной способности ГЭР показал сильную зависимость селективности от природы донора водородной связи и ее незначительную зависимость от температуры. Наибольшие значения селективности наблюдались для ГЭР на основе систем хлорида холина с глицерином (1 : 2) и хлорида холина с мочевиной (1 : 2).

Выводы. Экспериментально подтверждена возможность использования ГЭР на основе хлорида холина в комбинации с малоновой кислотой, глутаровой кислотой, мочевиной и глицерином в качестве эффективных экстрагентов для разделения смеси МТБЭ–ТБС методом ЖЖЭ. Рассчитанные коэффициенты распределения и селективности позволили количественно оценить и сравнить эффективность различных ГЭР для данной задачи, выявив наиболее перспективные составы. Полученные результаты представляют собой необходимую основу для дальнейшей разработки и оптимизации процесса ЖЖЭ МТБЭ и ТБС с использованием перспективных «зеленых» растворителей.

Цели. Исследование особенностей процесса гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС) в ассоциированных средах предельных диолов и их эфиров в кислых условиях. В качестве ассоциированных систем были выбраны пропилен- и бутиленгликоль, а также этилкарбитол.

Методы. Исследование процессов ассоциации, гидролиза и конденсации в системе ТЭОС–диолы проводили методами потенциометрии, инфракрасной спектроскопии и динамического рассеяния света в жидких средах. Кислотность среды обеспечивалась добавлением не более 0.3 мас. % HCl.

Результаты. Гидролиз ТЭОС в ассоциированных спиртовых средах лимитируется протеканием реакции образования силанола (RO)₃SiOН, который в дальнейшем взаимодействует с ассоциированным диолом, что приводит к встраиванию групп (RO)₃SiO в сетку водородных связей диолов. Это подтверждается снижением самоассоциации диолов с уменьшением размера в доменах диол–(RO)₃SiO до 1–7 мкм.

Выводы. Использование в качестве реакционной среды диолов для ТЭОС при малом содержании Н₂О в кислых средах ограничивает глубину гидролиза и конденсации, что увеличивает возможность протекания реакций этерификации диола алкоксипроизводными силанолов. Большой эффект на степень ассоциации оказывает уменьшение числа гидроксильных групп при переходе от диолов к их эфирам.

Цели. Проанализировать особенности свойств, дисперсного строения, межмолекулярных взаимодействий в нефтяных дисперсных системах (НДС) разнообразного компонентного состава, а также рассмотреть возможности управления фазовыми переходами в нефтяной системе для достижения наиболее благоприятных дисперсных свойств при проведении технологических процессов переработки углеводородного сырья, облагораживания нефтепродуктов или утилизации нефтяных отходов. В качестве инструмента регулирования фазовыми переходами используют низкоэнергетические волновые воздействия (низкочастотный ультразвук, постоянное магнитное поле с невысокой индукцией).

Результаты. Рассмотрены и аргументированы литературными данными и результатами собственных исследований такие особенности НДС, как мультидисперсность; многообразие углеводородных компонентов и гетероатомных соединений, входящих в них; природа межмолекулярных взаимодействий (отсутствие зарядовых взаимодействий, зарядово-поляризационные и обменные спин-спиновые взаимодействия); спиновая активность или парамагнетизм нефти, нефтепродуктов и различных их компонентов; гемолитическая диссоциация высокомолекулярных и гетероатомных органических соединений, приводящая к росту парамагнетизма; присутствие микроэлементов, входящих в состав металлорганических соединений и в виде солей, растворенных в эмульгированной воде. Приведено уравнение межмолекулярных взаимодействий в НДС, решающую роль в которых играют обменные взаимодействия, обусловленные присутствием спиновых и спинполяризованных молекул. Представлены двухкомпонентные модели оболочек сложных структурных единиц НДС, их строение и взаимодействие с дисперсионной средой. Показаны способы управления фазовыми переходами и дисперсностью НДС; особое внимание уделено волновым низкоэнергетическим технологиям (с использованием ультразвуковых волн с частотой 20–100 кГц с интенсивностью до 0.4 Вт/см² и постоянного магнитного поля с индукцией меньше 0.4 Тл). Даны примеры интенсификации таких технологических процессов, как разделение водонефтяных эмульсий, очистка от механических примесей, атмосферная и вакуумная перегонка, селективная очистка масляных фракций, дегазация мазута от сероводорода, висбрекинг и др. Показаны положительные результаты применения низкоэнергетических технологий для снижения вязкости и температуры застывания нефти и нефтепродуктов в оборудовании нефтепереработки. Предложен механизм влияния постоянного магнитного поля на поток нефтепродукта или углеводородного сырья.

Выводы. Изучение и учет особенностей НДС позволяет реализовать квалифицированный коллоидно-химический подход к процессам добычи, транспортировки, переработки углеводородного сырья с позиций теории НДС, основанный на анализе дисперсной структуры и фазовых переходов в НДС. Применение низкоэнергетических технологий в нефтяной отрасли — эффективный инструмент для ресурсосбережения в различных процессах и оптимизации их параметров без существенных материальных затрат.

Цели. Генная терапия подразумевает введение в организм различных типов терапевтических нуклеиновых кислот для лечения тяжелых наследственных, а также онкологических заболеваний. Кроме того, пандемия COVID-19 показала возможность быстрой разработки и эффективность использования ДНК- и мРНК-вакцин для профилактики вирусных заболеваний. Многочисленные исследования в области генной терапии выявили, что в большинстве случаев успешная доставка нуклеиновых кислот требует наличия специальной системы доставки, защищающей нуклеиновые кислоты от действия внешних и внутренних биологических факторов. Среди различных типов таких инструментов наиболее универсальными и безопасными зарекомендовали себя невирусные системы доставки, такие как катионные липосомы и липидные наночастицы, формируемые из катионных или ионизируемых липидов соответственно. В случае доставки мРНК такие системы обычно называют мРНК-вакцинами. Целью данного обзора являлось обоснование выбора оптимальной структуры липидных компонентов мРНК-вакцин и освещение текущих перспектив их клинического применения.

Результаты. В данном обзоре мы рассмотрели эволюцию структур липидов, начиная с катионных и заканчивая ионизируемыми, как основных компонентов систем доставки мРНК. Кроме того, показана необходимость использования в составе мРНК-вакцин других типов липидов, проведен обзор клинических испытаний мРНК-вакцин против вирусных и онкологических заболеваний, даны рекомендации по дизайну оптимальной структуры катионных и ионизируемых липидов.

Выводы. Наиболее перспективными липидами для разработки мРНК-вакцин являются ионизируемые. Они не обладают постоянным положительным зарядом, что снижает их цитотоксичность и нежелательное связывание с компонентами иммунной системы. В целом, мРНК-вакцины могут стать универсальным и эффективным средством лечения различных типов заболеваний, но требуют тщательной оптимизации их состава.

Цели. Исследование свойств интумесцентных огнезащитных материалов на основе пластифицированного поливинилхлорида и окисленного графита в зависимости от содержания в них бутадиен-нитрильного каучука.

Методы. В настоящей работе были получены интумесцентные огнезащитные материалы с различным содержанием бутадиен-нитрильного каучука (от 0 до 20 мас. %). Материалы были изготовлены в виде полотна шириной 38–52 мм и толщиной 1.5–1.9 мм методом плоскощелевой экструзии с использованием двушнекового экструдера-компаундера. В качестве сырья были использованы пластифицированный поливинилхлорид с константой Фикентчера, равной 71, бутадиен-нитрильный каучук с содержанием связанного акрилонитрила 31–35%, окисленный графит и ультрадисперсный гидроксид алюминия. Свойства сырья и полученных огнезащитных материалов были исследованы методами инфракрасной спектроскопии, термического анализа, сканирующей электронной микроскопии, а также при помощи механических испытаний, испытаний на воспламеняемость и вспенивание при термоударе.

Результаты. Представлены результаты исследований механических, термических и огнезащитных свойств полученных материалов в зависимости от содержания в них бутадиен-нитрильного каучука. Определена динамика вспенивания в температурном интервале от 300 до 800°C. Определена группа воспламеняемости. Приведена зависимость огнезащитных свойств от вязкости расплава огнезащитных материалов. Определены термические свойства в температурном интервале от 40 до 900°C.

Выводы. В исследовании установлено, что введение бутадиен-нитрильного каучука в огнезащитные материалы приводит к изменению ряда свойств: снижению плотности и твердости, снижению прочности на растяжение, увеличению относительного удлинения, росту вязкости расплава в 16 раз и, соответственно, снижению степени вспенивания в 1.43–1.65 раз. Установлено, что степень вспенивания имеет линейную зависимость от вязкости расплава огнезащитных материалов. Введение каучука приводит к повышению прочности пенококса в 4.8 раз. Термический анализ показал, что увеличение содержания каучука приводит к росту термостойкости с 222 до 236°C и стойкости к окислению вспененного графита в составе пенококса с 601 до 659°C. Наличие каучука не оказывает заметного влияния на воспламеняемость. Установлена группа воспламеняемости для всех составов — V-0.

Цели. Изучение влияния формы наночастиц на эффект гигантского комбинационного рассеяния света при осаждении их на трековые мембраны. В дальнейшем полученный композитный материал может использоваться в качестве подложки для сенсоров, работа которых основана на эффекте гигантского комбинационного рассеяния света.

Методы. Наночастицы серебра получали методом восстановления ионов серебра в растворе при различных условиях. Наночастицы из полученных коллоидных растворов осаждали на модифицированные полиэтиленимином полиэтилентерефталатные трековые мембраны. Для исследования образцов использовали спектроскопию поглощения в ультрафиолетовой и видимой области, растровую и просвечивающую электронные микроскопии, лазерный допплеровский микроэлектрофорез, спектроскопию комбинационного рассеяния.

Результаты. Синтезированы наночастицы серебра сферической, треугольной формы и в форме нанопроволок, определены размеры и дзета-потенциал наночастиц. Полученные наночастицы осаждены на поверхность трековых мембран. Для образцов композитных мембран рассчитаны относительные коэффициенты усиления сигнала комбинационного рассеяния света тестового вещества 4-аминотиофенола по отношению к подложке с известным коэффициентом усиления.

Выводы. Показано, что при переходе от сферической формы наночастиц к различным несферическим усиливается эффект гигантского комбинационного рассеяния света. Наибольшее значение относительного коэффициента усиления составило 4 · 10⁷ на композитной мембране с серебряными нанопроволоками.

Цели. Получение данных о совместимости полимерной смеси на основе поли-3-гидроксибутирата и бутадиен-нитрильного каучука для создания биодеградируемого полимера с улучшенными механическими свойствами.

Методы. Методами оптической и сканирующей электронной микроскопии с применением компьютерной обработки, дифференциальной сканирующей калориметрии, математического анализа, инфракрасной Фурье-спектроскопии изучены пленочные образцы смесей биодеградируемого пластика и эластомера на примере смесей полигидроксибутирата и бутадиен-нитрильного каучука.

Результаты. Установлено, что изучаемые смеси имеют гетерогенно-гетерофазную структуру. За счет кинетической совместимости проявляется взаимодействие между карбонильной группой полигидроксибутирата и нитрильной группой блока акрилонитрила бутадиен-нитрильного каучука. Замечено изменение кристаллических областей полигидроксибутирата при его смешении с каучуком. По результатам проведенного расчета энергии Гиббса смешения подтверждено взаимодействие карбонильных и нитрильных групп. Результатами микроскопии показана локализация частиц полигидроксибутирата вокруг частиц каучука. Обсуждаются причины такого явления.

Выводы. Исследования показали связь между морфологией и содержанием компонентов в образцах. Изменение состава влияет на структуру и свойства поверхности и объема. Формирование ассоциатов приводит к образованию границы раздела, притягивающей второй компонент. По теории Флори–Хаггинса, уравнениям Аврами и микроскопическим данным выявлен сложный механизм взаимодействия: сближение и образование химических связей, перестройка кристаллических областей, переход сферолитных частиц в ламеллярные, диффузия макромолекул каучука, ассоциация частиц полигидроксибутирата вокруг каучука и завершение химических связей.

Цели. Работа посвящена анализу взаимосвязи изотопного k* и химического k^δ коэффициентов обмена кислородом для оксидов Ba_0.5Sr_0.5(Co_0.8Fe_0.2)_1−xMe_xO_3−δ (Me = Ta, W). Целью работы является анализ экспериментальных зависимостей химического и изотопного коэффициентов обмена кислорода, оценка поверхностного термодинамического фактора w₀|_x=±L и сравнение его с объемным термодинамическим фактором w₀|_x=0, определенным из зависимости содержания кислорода в оксидах от температуры и парциального давления кислорода. В статье обсуждаются возможные причины несовпадения двух термодинамических факторов.

Методы. Изучение кинетики обмена кислородом газовой фазы с поверхностью оксидных материалов в неравновесных условиях проведено методом релаксации давления кислорода. Расчет поверхностного термодинамического фактора проведен на основе данных, полученных в равновесных и неравновесных условиях.

Результаты. Сравнение изотопного k* и химического k^δ коэффициентов обмена кислорода позволило оценить поверхностный термодинамический фактор w₀|_x=±L через уравнение k^δ = k^*w₀|_x=±L.

Выводы. Было обнаружено, что поверхностный термодинамический фактор отличается от термодинамического фактора, относящегося к объему оксидного материала w₀ = [1^∂ln(p_O2)] / [2 ∂ln (3−δ)], который может быть рассчитан из зависимостей содержания кислорода в оксидах от температуры и парциального давления кислорода. Такое различие было объяснено различием в дефектной структуре поверхностных слоев оксидных материалов.

Цели. Обобщить результаты исследований плазменных процессов, обеспечивающих получение порошковых материалов заданного состава; осуществить плазменные процессы: плазмохимический синтез нанопорошков, грануляцию нанопорошков, плазменную сфероидизацию микрогранул и микропорошков для выполнения задач в области нанотехнологий и аддитивных технологий.

Методы. Генерация термической плазмы осуществлялась разработанными в ИМЕТ РАН электродуговыми плазмотронами постоянного тока мощностью до 45 кВт с самоустанавливающейся длиной дуги и плазмотронами с межэлектродной вставкой. В процессах плазмохимического синтеза нанопорошков и плазменной сфероидизации металлических порошков была использована конструкция плазменного реактора с ограниченным струйным течением с использованием термической плазмы восстановительных, окислительных и инертных сред.

Результаты. Использование электродугового плазмотрона позволило в процессах плазмохимического синтеза нанопорошков и плазменной сфероидизации порошков достигнуть производительности 0.5 и 10 кг/ч соответственно для различных металлов, сплавов, соединений и их композиций. Для реализованных процессов получения нанопорошков, формирование частиц в которых происходит по различным макромеханизмам, установлено, что средний размер получаемых частиц управляется и зависит от параметров синтеза — начальной концентрации прекурсора, энтальпии и скорости истечения струи плазмы, скорости охлаждения и конденсации паров. Показаны результаты исследования процессов получения сфероидизированных порошков в потоках термической плазмы, включая металлы (Ti, Ta, Fe, Ni, Mo, W), сплавы (на основе Fe, Ti, Ni, Co, Nb, W, Mg, в том числе нержавеющие, жаропрочные, тугоплавкие, твердые), соединения (бориды, оксиды) и композиции (W–Ni–Fe, ZrB₂–SiC, Ni–TiCN и др.). Показана возможность получения беспористых сферических порошков различной дисперсности: для частиц с размерами 10–100 мкм и для микрогранул, состоящих из частиц с размерами менее 1 мкм. Описаны основные параметры процесса, влияющие на качество сфероидизации, среди которых дисперсность прекурсоров, энтальпия плазменной струи, состав используемых газов, характеристики плазменного потока и его смешения с исходным сырьем.

Выводы. Продемонстрированные результаты исследований показывают диапазон возможностей плазменных процессов и аппаратов для получения нанопорошков различных металлов, неорганических соединений и композиций с необходимыми характеристиками. Подтверждено обеспечение возможности сфероидизации порошков металлов и сплавов, соединений и композиций, полученных различными методами, в плазменном реакторе с ограниченным струйным течением в широком диапазоне температур плавления, размеров и морфологии частиц. Представленный подход с использованием последовательных стадий плазмохимического синтеза нанопорошков, гранулирования полученных нанопорошков и последующей плазменной сфероидизации микрогранул позволяет получать композитные микропорошки на основе вольфрама с плотными сферическими частицами и субмикронной структурой.