Наука / Важнейшие результаты

2020 год

Разработка математических моделей для исследования кинетики взаимодействия нестехиометрических оксидов с кислородом в газовой фазе

Авторы: к.х.н. Чижик С.А., Бычков С.Ф., Волошин Б.В., к.х.н. Попов М.П.,
чл.-корр. РАН Немудрый А.П.

В ИХТТМ СО РАН разработаны математические модели для описания кинетики реакций между твёрдой и газовой фазами в проточном реакторе.В отличие от традиционно применяемой в мировой практике модели Кранка с жестким требованием использования высоких потоков газа носителя для поддержания стационарных условий в реакторе (ΔР=const, где Р- парциальное давление реагента/продукта в газовой фазе) впервые показано, что невыполнение условия ΔР=const приводит к зависимости определяемойконстанты поверхностной реакции k и коэффициента диффузии D от скорости потока Jin в реакторе (величины могут отличаться в несколько раз от истинных значений). Разработанные модели учитывают изменение давления в реакторе в результате самой реакции и неоднородность давления вдоль протяжённого образца и позволяют устанавливать действительные значенияk и D. Адекватность моделей подтверждена на экспериментальных данных по исследованию кинетики взаимодействия нестехиометрических оксидов с кислородом в газовой фазе при создании мембранных материалов.


Области реакционных условий (скорость потока газа, давление в реакторе), в которых применимы разработанные модели.

Публикации:
S.A. Chizhik, S.F. Bychkov, B.V. Voloshin, M.P. Popov, A.P.Nemudry. Development of the Crank’s diffusion model for the case of material-gas feedback regime in gas flow reactors. Advanced methodology of oxygen partial pressure relaxation for the kinetics of oxygen exchange in nonstoichiometric oxides // Chemical Engineering Journal, Available online 13 November 2020, 127711. Impact Factor: 10.652.


Анализ диффузионных характеристик растительного сырья

Авторы: к.х.н. Ломовский И.О., к.х.н. Подгорбунских Е.М., д.х.н. Ломовский О.И.

Разработана методика анализа кинетики экстракции целевых веществ из растительного сырья на основе математической модели диффузии в полупроницаемых пористых средах с проводящими каналами. Предварительная механохимическая обработка может значительно влиять на структуру растительного сырья и тем самым изменять скорость и выход жидкофазной экстракции целевых веществ. Процесс разупорядочения клеточных стенок приводит к росту скорости экстракции, в то время как разупорядочение проводящих каналов приводит к падению скорости экстракции. Применение разработанной математической модели на реальных объектах позволило обнаружить ранее неизвестный оптимум по размеру частиц и степени разупорядочения растительного сырья, при которомскорость экстракции целевых компонентов повышается в 7-10 раз.

 

Публикации:
I. Lomovskiy, L. Makeeva, E. Podgorbunskikh, O. Lomovsky.The influence of particle pize and crystallinity of plant materials on the diffusion constant for model extraction // Processes.2020. V. 8. P. 1348.

 

Гидроксиапатит, содержащий катионы цинка и анионы карбоната и силиката, -перспективный керамический материал для медицины

Авторы:к.ф.-м.н. Булина Н.В., д.х.н. Хвостов М.В., академик Ляхов Н.З.

Разработан механохимический способ синтеза перспективного керамического материала для медицины – гидроксиапатита, содержащего катионы цинка и анионы карбоната и силиката. Исследования invitro и invivo,проведенные совместно с Новосибирским институтом органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, показали, что гидроксиапатит состава Ca9.9Zn0.1(PO4)5.6(SiO4)0.2(CO3)0.2(OH)2 значительно увеличивает пролиферацию клеток остеобластов человека по сравнению с другими составами. Через четыре месяца после имплантации в дефект костей свода черепа лабораторных животных (крыс) этот образец показал наибольшую способность интегрироваться в костную ткань.


Изображение кости черепа крысы через 4 месяца после имплантации. Стрелкой показано место костного дефекта, который заполняли порошком гидроксиапатита указанного состава.

Публикации:
M.V. Khvostov, M.S. Borisova, N.V. Bulina, S.V. Makarova, N.B. Dumchenko, T.G. Tolstikova, N.Z. Lyakhov.Influence of zinc and silicate ion on biological properties of hydroxyapatite synthesized by mechanochemical method // Ceram. Intern., https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.12.083

 

Разработка технологии селективного лазерного плавления гидроксиапатита
для 3D печати керамических имплантатов

Авторы: к.ф.-м.н. Булина Н.В., к.х.н. Титков А.И., академик Ляхов Н.З.

Совместно с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН установлено, что технология селективного лазерного плавления гидроксиапатита, в отличие от стандартного нагрева в высокотемпературной печи, позволяет осуществить конгруэнтное плавление данного порошкового материала. Найдены условия эффективного конгруэнтного плавления гидроксиапатита путем лазерной обработки порошкового материала при использовании CO2-лазера с диаметром пятна 0,2 мм и скорости сканирования 600 мм/с. Полученный результат показывает, что технология селективного лазерного плавления гидроксиапатита может использоваться для 3D печати керамических имплантатов с тонкой внутренней структурой при достаточно больших скоростях печати.


а)

б)

СЭМ изображения поверхности (а) и поперечного сечения (б) поверхности таблетки, обработанной лазерным излучением в режиме конгруэнтного плавления гидроксиапатита.

Публикации:
Н.В. Булина, С.Г. Баев, С.В. Макарова, А.И. Титков, В.П. Бессмельцев, Н.З. Ляхов. Лазерная обработка компактированных образцов гидроксиапатита // Химия в интересах устойчивого развития. 2020. Т. 28. С. 3-9.

 

Механохимический способ получения перспективного мультиферроика- монофазного индий-танталата свинца PbIn1/2Ta1/2O3

Авторы: к.х.н. Гусев А.А., д.х.н. Исупов В.П.

Разработан механохимический способ получения монофазного PbIn1/2Ta1/2O3 со структурой перовскита – перспективного мультиферроика. Показано, что при синтезе из смеси Pb2InTaO6 + Li2CO3после шлифовки образцов, начиная с температуры 900°С, существует только структура перовскита и не образуется фаза пирохлора. При обжиге 1100°С даже не шлифованный образец имеет структуру перовскита без всяких посторонних фаз. Совместно с НИИ физики Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) проведено комплексное исследование влияния состава исходных реагентов, условий механической активации и термической обработки на образование и свойства синтезированного индий-танталата свинца. Получен патент РФ на изобретение.

Рис. 2 950 - 950ш - 1100 -1150ш.JPG
Дифрактограммы образцов, полученных при температурах 950°С, 1100°С и 1150°С.

Публикации:
Патент РФ № 2736947 «Способ получения монофазного PbIn1/2Ta1/2O3  индий танталата свинца со структурой перовскита» / Гусев А.А., Исупов В.П., Раевский И.П., Раевская С.И.; по заявке № 2020105089/03, приоритет от 03.02.2020 г., опубл. 25.11.2020 г.

 

Супрамолекулярный комплекс празиквантеля с сапонинами солодки
Авторы: д.х.н. Душкин А.В., к.х.н. Метелева Е.С., к.х.н. Евсеенко В.И.

Механохимическим методом синтезирован супрамолекулярный комплекс празиквантеля с сапонинами солодки. Совместно с Институтом фундаментальной и практической паразитологии РАН и Институтом элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН показана высокая эффективность (> 98%) его действия в дозах 3; 2 и 1 мг/кг массы тела при однократном пероральном введении против паразитозов H. nana у мышей и M. expansa у овец, в то время как официальный препарат празиквантеля достигал эффективности не более 40% в тех же дозах. Таким образом, супрамолекулярный комплекс празиквантеля проявил себя как перспективное антигельминтное средство с повышенной фармакологической активностью.

Публикации:
I. Arkhipov, S. Khalikov, A. Dushkin, K. Sadov, E. Meteleva, M. Arisov, A. Varlamova. Anthelmintic efficacy of supramolecular complex of praziquantel obtained by mechanochemical technology // Iranian Journal of Parasitology. 2020. V. 15. P. 364-373.

 

Получение монодисперсных сферических частиц оксида меди Cu2O и металлических частиц меди для 2D и 3D микропечати

Авторы: к.х.н. Титков А.И., к.х.н. Логутенко О.А., Воробьёв А.М., Борисенко Т.А., академик Ляхов Н.З.

Показана эффективность использования оксиэтилированной карбоновой кислоты, 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусной (МЭУК), для получения монодисперсных сферических частиц оксида меди Cu2O (а) и металлических частиц меди Cu0 (б) микронного размера восстановлением в бензиловом спирте. Впервые в условиях восстановления химическим методом показана возможность псевдоморфногоперехода Cu2O в Cuс сохранением исходной морфологии частиц и их размера. Полученные наночастицы меди устойчивы к окислению и могут быть использованы как альтернатива частицам серебра в составах электропроводящих паст для 2D и 3D микропечати.


а


б

Публикации:

О.А. Логутенко, А.И. Титков, А.М. Воробьёв. Получение сферических микрочастиц меди восстановлением бензиловым спиртом её солей с 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусной кислотой // Журнал общей химии. 2020. Т.90. № 8. С. 1290-1296.

 

Новый принцип формирования керамических композитов класса SiC/SiCf

Авторы: д.х.н. Бакланова Н.И., к.х.н. Уткин А.В., к.х.н. Лозанов В.В.,
к.х.н. Прокип В.Э.

Разработан новый принцип формирования керамических композитов класса SiC/SiCf или SiC/Cf, состоящих из карбидокремниевой матрицы, армированной карбидокремниевыми или углеродными волокнами, который, как промежуточную стадию, включает получение керамических лент (препрегов). Препреги, состоящие из карбидокремниевой или углеродной нити, пропитанной керамической суспензией, сохраняют долговременную целостность и гибкость. Метод керамических препрегов – простой, вариативный, высокопроизводительный, легко масштабируемый и более дешевый по сравнению с имеющимися методами формирования керамических композитов. Его можно адаптировать к формированию композита практически любой геометрической формы, в том числе для создания узлов и деталей авиационных двигателей.


SiC/SiCf композит, состоящий из карбидокремниевой матрицы, армированной SiC волокнами. Композит приготовлен из керамических гибких лент.

Публикации:
I. Arkhipov, S. Khalikov, A. Dushkin, K. Sadov, E. Meteleva, M. Arisov, A. Varlamova. Anthelmintic efficacy of supramolecular complex of praziquantel obtained by mechanochemical technology // Iranian Journal of Parasitology. 2020. V. 15. P. 364-373.

 

Сверхвысокомолекулярный полиметилметакрилат, полученный по радиационной технологии

Авторы: Варанд А.В., д.х.н. Толочко Б.П., к.х.н. Михайленко М.А.


Совместно с ИЯФ СО РАН разработаны научные основы радиационной технологии полимеризации СВМ-ПММА в больших объемах и без ограничения размеров. Разработка позволяет изготавливать изделия больших размеров, таких как иллюминаторы глубоководных аппаратов, пуленепробиваемые окна для военной техники и др. Преодолен предел толщины в 200 мм, достигнутый на передовых предприятиях России, изготавливающих полимерные изделия из ПММА, из-за возникающих внутренних напряжений, приводящих к разрушению изделия. Полученный результат открывает широкие перспективы внедрения данной разработки в промышленность.


Пример изделия из прозрачного сверхвысокомолекулярного полиметилметакрилата большого размера.