Высокопористые аэрогели на основе углеродных наноматериалов - перспективные материалы для новых электрохимических технологий. Емкостная деионизация воды - удаление ионов из водного раствора путем приложения малых значений внешнего напряжения к электродам с большой удельной поверхностью. Данный метод является на сегодняшний день одним из наиболее перспективных для опреснения растворов с низкой минерализацией. Основная проблема для емкостной деионизации заключается в получении доступных электродных материалов с высокой пористостью, электропроводностью, гидрофильностью и хорошими механическими свойствами для использования в течение большого количества циклов адсорбции-десорбции. Для этих целей углеродные аэрогели являются одними из наиболее перспективных материалов. Статья посвящена синтезу новых материалов - высокопористых монолитных композитных аэрогелей с пространственной трехмерной структурой, образованной восстановленным оксидом графена и нанотрубками; исследованию их электросорбционных свойств в экспериментах с использованием указанных монолитов в качестве электродов для емкостной мембранной деионизации воды. Предложены новые методы синтеза углеродных высокопористых композитных аэрогелей, где каркас представлен восстановленным оксидом графена и углеродными нанотрубками. Разработаны простые методики по гидрофилизации синтезированных образцов. Изготовлены новые электродные материалы для электросорбции, исследованы и испытаны в электрохимических ячейках для мембранной емкостной деионизации. Сверхпористые (более 99%) углеродные композитные аэрогели с плотностью не более 0.02 г/см3, имеющие жесткую структуру и характеризующиеся хрупкостью образующихся монолитов, не эффективны в процессах емкостной мембранной деионизации. Эластичные аэрогели с более плотной структурой, пористостью до 95% и плотностью не менее 0.12 г/см3, синтезированные в присутствии поливинилового спирта, имеют относительно высокую электросорбционную емкость по отношению к хлориду натрия. К примеру, если концентрация раствора 1 г/дм3, то емкость материала достигает 25 мг/г (3 мг/см3). Данные аэрогели также демонстрируют хорошую стабильность, что делает их очень перспективными для использования в технологиях емкостной деионизации.
Сорбционные и хроматографические процессы
2020. — Выпуск 3
Содержание:
Модификацией промышленных полимеров можно создать материалы с определенным набором эксплуатационных свойств. В данной работе проведена модификация структуры пленок изотактического полипропилена марки 01030 (ПП) путем обработки их жидкими алканами с увеличивающимся числом атомов углерода (гексан, гептан, н-нонан), которая приводит к увеличению сорбции и проницаемости воды в процессе первапорации. Эксперименты проводили по четырем маршрутам, как при изучении набухания ПП, так и при первапорации. Показано, что при проведении эксперимента по маршруту № 1 с увеличением числа атомов углерода в молекуле алкана степень набухания ПП растет, а величина плотности первапорационного потока падает. При модификации пленок ПП алканами по маршрутам №№ 3-4 происходит рост подвижности сегментов макромолекулярных цепей и увеличение расстояний между ними. При десорбции алканов образовавшаяся структура, по-видимому, сохраняется. Шсле полного удаления ранее растворенного вещества (гексан и гептан) остаются «пустоты», через которые проникает вода (маршрут № 3) и наблюдается рост равновесной степени набухания ПП. а н-нонан полностью не удаляется, поэтому вода не может проникнуть в ПП. Аналогичное поведение наблюдается и при первапорации воды по маршруту №3. В случае маршрута № 4, когда десорбцию алканов не проводили, вода выталкивает алканы из полимера и проникает вслед за ними в пленку по образовавшимся каналам. С повышением температуры в изучаемом интервале плотность потока алканов возрастает (для гексана в 5 раз). Увеличение плотности потока воды после модификации происходит для всех изучаемых алканов, но она уменьшается при переходе от гексана к н-нонану. Показано, что в маршруте № 2 происходит поверхностная модификация пленки, в маршрутах № 3 и № 4 - объемная модификация. Таким образом, модификация полимерных пленок с использованием гидрофобных веществ приводит к увеличению сорбции и проницаемости гидрофильных веществ (воды).
Ключевые слова
В рамках проблемы моделирования методов высокоэффективной хроматографии предлагаемая статья посвящена обоснованию тех аспектов теории межмолекулярного взаимодействия, которые важны для описания селективности хроматографических неподвижных фаз и, в конечном счете, для априорного расчета хроматографического удерживания. Дается краткое изложение теории обобщенных зарядов, ее приложения для межатомных связей (гомополярная и донорно-акцепторная связи) и межмолекулярных сил (неэмпирическое представление потенциала Леннард-Джонса). Приводится описание водородной связи как связи гидридов без электронного обмена и соответствующего разделения зарядов. Каждый раздел теории прошел проверку экспериментальными данными, результаты которой приведены в литературных ссылках и частично представлены в статье. Энергия межмолекулярного взаимодействия согласно предложенной модели содержит три независимые группы величин, описывающих неполярные, полярные силы и водородные связи. Каждая из сил представлена своим молекулярным дескриптором - соответственно обобщенным зарядом, дипольным моментом и двумя числами, отражающими способность молекулы быть донором или акцептором водородной связи. С помощью теории обобщенных зарядов получены связи «структура -свойство» для всех составляющих энергии межмолекулярного взаимодействия. В частности, описан вклад водородной связи в общую энергию межмолекулярного взаимодействия как произведение пороговой величины, имеющей квантово-механическую природу, и вероятности правильного расположения взаимодействующих молекул. Указанная вероятность определяется как вероятность попадания системы взаимодействующих молекул в узкий потенциальный колодец и выражается через параметры молекулярной структуры. Развитая модель успешно применена для априорной оценки теплоты парообразования воды, спиртов и кислот, что послужило проверке разработанного подхода.
Ключевые слова
Малатдегидрогеназа (МДГ, НАДФ-зависимая оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.82) - НАДФ+-МДГ (КФ 1.1.1.82) является важным ферментом, метаболизирующим органические кислоты растений. Целью данной работы являлось определение таких регуляторных свойств энзима как влияение двухвалентных металлов на его активность. В качестве объекта исследования использовали листья 10-дневных проростков кукурузы. Разделение тканей проводили по методу Клечковского. Очистка фермента была проведена классическим методом. В качестве исследуемых ионов брались хлориды таких двухвалентных катионов металлов как магний, кальций, барий и марганец. Таким образом, четырех стадийная очистка, включающая в себя гомогенизацию, фракционирование сульфатом аммония, гель-фильтрацию на сефадексе G-25 и ионообменную хроматографию на ДЭАЭ-Sephacel, позволила получить высокоочищенные препараты НАДФ+-малатдегидрогеназы из мезофилла листьев кукурузы. При этом степень очистки выросла в 57 раз, а процент выхода исследуемого белка от общего равнялся 6%. Удельная активность очищенной НАДФ+-зависимой малатдегидрогеназы при пересчете на миллиграмм белка составила 91 ферментативную единицу. При универсальном окрашивании нитратом серебра и специфическом окрашивании тетразолиевым методом полиакриламидного геля, полученного после электрофореза очищенной МДГ, была обнаружена только одна белковая полоса, что свидетельствует о гомогенности очищенного препарата малатдегидрогеназы. Исследование влияния катионов различных металлов позволило выявить их действие на функционирование малатдегидрогеназы. Было изучено влияние хлоридов ионов Mg2+, Mn2+, Ba2+, Ca2+ на активность очищенного препарата. Показано, что магний в небольших концентрациях (до 3 мМ) активирует НАДФ+-зависимый МДГ. Марганец и барий, напротив, ингибируют фермент. Ионы кальция не оказывали влияния на активность МДГ. Анализ полученных данных, осуществленный с помощью графиков Лайнуивера-Берка, позволил установить наличие разных типов ингибирования. Конкурентный тип ингибирования характерен для действия катионов марганца. Для катионов бария выявлен бесконкурентный тип торможения работы фермента.
Ключевые слова
Никотиновая кислота (3-пиридинкарбоновая кислота) относится к витаминам группы В, а по отношению к окружающей среде является поллютантом. Для ее определения в пищевых, фармацевтических и физиологических средах известны методики масс-спектрометрии и хроматографии с различными способами детектирования, а также электрохимические сенсоры. В вольтамперометрических сенсорах для определения никотиновой кислоты используют различные гибридные материалы. Однако использование подобных материалов в потенциометрических сенсорах для определения никотиновой кислоты в литературе не описано. В данной работе исследована возможность использования гибридных материалов на основе перфторированной сульфокатионообменной мембраны МФ-4СК и поверхностно модифицированных наночастиц оксидов циркония и кремния для потенциометрического определения никотиновой кислоты в водных растворах. Показано, что варьирование кислотно-основных свойств и объемной доли допантов, вводимых в мембрану, оказывает существенное влияние на перекрестную чувствительность ПД-сенсоров к ионам никотиновой кислоты и гидроксония. Присутствие в мембране 3 мас.% оксида кремния с 15 мол.% 3-аминопропила на поверхности снижает в 2 раза чувствительность ПД-сенсоров к мешающим ионам гидроксония и в 6 раз пределы обнаружения никотиновой кислоты по сравнению с таковыми для немодифицированного образца. Также снижение мешающего влияния ионов гидроксония на отклик ПД-сенсора и уменьшение предела обнаружения никотиновой кислоты достигаются при использовании мембраны, содержащей 5 мас.% оксида кремния с 3-пропилсульфокислотными группами. ПД-сенсоры на основе выбранных мембран характеризуются достаточно высокой чувствительностью к никотиновой кислоте (30.8 и 29.3 мВ/рс). Данные образцы могут быть использованы для разработки сенсорных систем для определения никотиновой кислоты в водных растворах и фармацевтических препаратах.
Ключевые слова
Методом многомерной жидкостной хроматографии с использованием ГПХ и обращенно-фазовой адсорбционной хроматографии, исследовано молекулярно-массовые и функциональные харктеристики продуктов биосинтеза полисахаридов и полиацетиленовых соединений, базидиальными грибами рода Ganoderma lucidum и Pleurotus ostreatus. Указанные грибы выращивались методом глубинного культивирования в среде, состоящей из пшеничных отрубей на среде Чапека-Докса следующего состава (г/дм3): NaNO3 -2, K2HPO4 -1, MgSO·7H2O-0.5, KCl-0.5, FeSO4·H2O-0.01, глюкоза-30 и H2O. Культивирование проводилось в термостате при 28оС. После 10 суток выдержки в составе их мицелл обнаружены полисахариды и полиацетиленовые соединения. Далее образующуюся биомассу грибов измельчали и экстрагировали метиловым эфиром уксусной кислоты и водой. Осадок и экстракт в отдельности разделены в указанной хроматографической системе. Установлено, что в водном экстракте количество полисахаридов достигает до 70-80%, а в эфирном экстракте содержание полиацетиленовых соединений меняется в пределах 65-70%. Таким образом, метод GPC позволил выявить в составе продуктов биосинтеза 5 фракций, в том числе 4 полисахаридов, состоящие из гексаозы (Мw,=Мn=1085), гептаозы (Mw=Mn=1260) и из двух олигосахаридов с Mw и Mn 4390, 3600 и 5450, 4500, соответственно, и одна полиацетиленовая (Mw =180, Mn =150). Методом обращенно-фазовой адсорбционной хроматографии в рабочей волне УФ-детектора в составе полиацетиленовой фракции обнаружены 5 подфракций по химической природе относяхщихся к полиацетиленовым кислотам и спиртам сопряженными двойными и тройными связями в различных сочетаниях. С целью изучения химического состава обнаруживаемых подфракции, фракция полиацетилена подвергнута препаративному разделению. Разделение обеспечено в условиях повышенной концентрации экстракта, многократным сбором фракции по соответствующим пикам на АЖХ хроматограмме, которые далее были подвергнуты ИК-спектральному анализу и установлен их функциональный состав. Состав полиацетиленновых соединений подтвержден также хроматографически по объемам удерживания испытываемых соединений с применением соответствующих эталонов.
Ключевые слова
Работа посвящена изучению особенностей состава почвенного поглощающего комплекса (ППК) по элементам рельефа балочного водосбора. Целью работы является выявление зависимости ППК от степени развития и характера водной эрозии и аккумуляции. Для достижения поставленной цели был решен ряд задач: проведение площадной почвенно-эрозионной съемки балочного водосбора; определение физико-химических и физических свойств почв по ГОСТированным и общепринятым методикам; сравнительный анализ поглотительных свойств почв по элементам рельефа балочного водосбора. Высокая степень эродированности территории определяет актуальность исследования поглотительных свойств почв, подверженных смыву и намыву. Объектом исследования являются почвы водосборной площади балки «Лог Репный». Согласно почвенно-эрозионному районированию Воронежской области объект исследования расположен в Семилукско-Нижнедевицком районе. Наблюдалось обеднение всего профиля почв водораздельных склонов и берега балки илистой фракцией за счет влияния эрозии почв и денудации. На днище балки было зафиксировано обогащение верхней части почвенного профиля илистой фракцией под влиянием аккумуляции почвенного материала, смываемого с вышележащих склонов. Поглотительная способность почв различных элементов рельефа водосборной площади балки «Лог Репный» может быть охарактеризована с помощью величины суммы поглощенных оснований. Наибольшая сумма поглощенных оснований наблюдалась на водораздельном плато (15.73 ммоль/100 г почвы). На берегу балки в условиях влияния процесса денудации зафиксировано уменьшение суммы поглощенных оснований в 2.5 раза. На днище балки в зоне преимущественной аккумуляции смываемого со склонов почвенного материала сумма поглощенных оснований была ниже, чем на водоразделе в 1.4 раза. Это связано с различным содержанием илистой фракции в этих почвах. Так, в почвах водоразделов илистая фракция составляла 24.8%, на берегу балки ее содержание было в 2.5 раза ниже, а на днище балки вновь возрастало до 22.4 %. Установлена зависимость суммы поглощенных оснований почв от перераспределения илистой фракции под влиянием эрозии и аккумуляции почв.
Ключевые слова
Масло какао (МК) является дорогим сырьевым компонентом шоколада, формирующим отличительные органолептические свойства шоколадной кондитерской продукции. Существует также широкая линейка эквивалентов масла какао, заменителей и улучшителей, которые по теплофизическим свойствам - температурам плавления, кристаллизации и другим технологическим свойствам подобны МК, однако в 2-5 раз его дешевле. В связи с этим фальсификация МК в шоколадной продукции путем его полной или частичной замены - частое явление. Подлинность масла какао контролируют методом обращенно-фазовой ВЭЖХ по содержанию триглицеридов (ТГ) в жировой фазе. Целью работы явился анализ данных ВЭЖХ по составу ТГ в натуральном МК различного происхождения и условий репродукции какао-бобов. Установлены генотипические и фенотипические тренды в этом составе. Показано, что выявленные значимые парные корреляции у=ах+b между содержанием ТГ могут быть использованы в проверке подлинности МК. При этом необходимо контролировать содержание и соотношения не только основных ТГ с позиционной специфичностью - ТГ из пальмитиновой, олеиновой и стеариновой кислот (POP, POS и SOS), в которых олеиновая кислота находится в sn-2 позиции, но и ТГ, доля которых составляет 1-5%. Так, при росте содержания в масле какао POP симбатно растет POS, асимбатно изменяется содержание OOA, асимбатно доле POS падает содержание OOO, SOL, SOO, PPP, при этом растет содержание SOA. При росте доли SOS падает доля POO, PSL. Наиболее тесная биохимическая симбатная корреляция в составе МК наблюдалась для соотношения SOS/SOA, коэффициент детерминации R2=0.95. Установленные природные корреляционные взаимосвязи могут быть использованы не только в проверке подлинности масла какао, но и в дальнейших биологических, биохимических и диетологических исследованиях.
Ключевые слова
Одними из наиболее токсичных поллютантов, попадающих в водоемы со сточными водами гальванического производства являются ионы тяжелых металлов. В последние годы широко исследуются сорбционные свойства дешевых и доступных целлюлозосодержащих сорбционных материалов на основе отходов растительного сырья. В частности, к таковым относятся иголки лиственницы сибирской Larix Sibirica. Не смотря на большое количество работ, направленных на исследование механизмов процессов сорбции ионов тяжелых металлов целлюлозосодержащими материалами, а также влияния рН среды на механизм протекания процессов, в настоящее время, нет единого мнения относительно механизмов процессов сорбции ионов тяжелых металлов целлюлозосодержащими материалами и выбора модели сорбции для описания этих процессов. На основании сказанного, в статических условиях на модельных растворах ионов тяжелых металлов объемом 100 см3 с содержанием ионов от 10 до 1500 мг/дм3 и при дозировки сорбционного материала 1 г и при рН среды 2, 4 и 6 изучены сорбционные свойства иголок лиственницы сибирской по отношению к ионам меди, никеля и цинка. Максимальные значения сорбционной ёмкости иголок лиственницы по ионам Cu2+, Ni2+ и Zn2+ составляют соответственно 48.8, 17.4 и 36.0 мг/г. Процесс сорбции ионов меди (Cu2+) наиболее полно протекает при рН=4, ионов никеля (Ni2+) - при рН=6, а ионов цинка (Zn2+) - одинаково хорошо при рН=4 и рН=6. Обработкой полученных изотерм адсорбции в рамках мономолекулярных моделей сорбции: Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина-Радушкевича, Темкина обнаружено, что в слабокислой среде (рН=6) наблюдается преимущественно адсорбция ионов тяжелых металлов в порах, а в кислой среде (рН=2-4) - на поверхности материала путём взаимодействия ионов тяжелых металлов с активными центрами, равномерно расположенными на поверхности иголок. Используя константы уравнений Ленгмюра и Дубинина-Радушкевича рассчитаны термодинамические параметры процессов: энергии сорбции и энергии Гиббса, значения которых указывают на протекание самопроизвольной физической адсорбции.
Ключевые слова
В 2020 г. лаборатория хроматографии и хромато-масс-спектрометрии в ИФХЭ РАН отмечает 70-летие со дня её основания. В статье рассказывается об организации лаборатории хроматографии в СССР, её становлении и перспективах развития. Приведены данные о наиболее важных результатах научной и организационной деятельности заведующих и сотрудников лаборатории на протяжении нескольких десятилетий. Пионером создания хроматографии в СССЗ как научного направления стал заведующий кафедрой физической и коллоидной химии Тимирязевской сельскохозяйственной академии (ТСХ) профессор Евгений Никитович Гапон (1891-1950). Значимость хроматографии в 1950 году в области научных и прикладных исследований была подтверждена созданием специальной лаборатории в Институте физической химии АН СССР. Первым научным руководителем лаборатории хроматографии был назначен профессор Константин Васильевич Чмутов. Под его руководством были изучены закономерности статики, динамики и кинетики на цеолитах и ионитах с целью внедрения хроматографических процессов в производство. После ухода из жизни в 1979 году Константина Васильевича достойным продолжателем его научных исследователей стал д.х.н. Олег Георгиевич Ларионов (1932-2013). О.Г. Ларионовым и его сотрудниками были выполнены основополагающие работы в области жидкостно-адсорбционной хроматографии, барохроматографии и хроматографического титрования. В 1984 году лаборатория физико-химических основ хроматографии пополнилась сотрудниками безвременно ушедшего всемирно известного физико-химика д.х.н. Андрея Владимировича Киселева Любовью Дмитриевной Беляковой, Юрием Анатольевичем Эльтековым, Натальей Петровной Платоновой. В 2004 году лаборатория пополнилась учеными масс-спектроскопистами из лаборатории спектроскопии ИФХЭ РАН. Одним из них был д.х.н. Алексей Константинович Буряк, который стал заведующим новой объединенной лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектроскопии. В настоящее время в лаборатории ведутся исследования по совершенствованию методов удерживания в условиях газовой хроматографии, а также выполняется теоретическое моделирование и экспериментальная проверка удерживания на углеродных хроматографических сорбентах для жидкостной и газовой хроматографии. Один из методов предсказания газохроматографических индексов удерживания на основе структуры аналита лег в основу современных методов искусственного интеллекта (в глубоких сверточных нейронных сетях).
Ключевые слова
