Метод удерживания кислоты (Acid Retardation) является эффективным способом разделения кислоты и ее соли из концентрированных растворов. Метод осуществляется в динамическом режиме при пропускании смеси через анионообменник, находящийся в форме общего аниона кислоты и соли, что исключает процесс ионного обмена. Ранее в качестве возможных механизмов, приводящих к эффекту разделения, рассматривались различные варианты необменной сорбции, процесс, использующий различие в диссоциации кислоты и соли в фазе полимера, сопровождающийся доннановской эксклюзией ионных форм, ситовые эффекты и т.п. В дополнение к интерпретациям такого рода, основанным на учете равновесных факторов, в предлагаемом исследовании авторы развивают подход, учитывающий кинетические эффекты. Новый подход описывает явление эксклюзии коионов при нарушении доннановского барьера в ионите и опирается на временно возникающие различия в составе раствора и электрокинетического потока смеси его компонентов в фазе ионита. Такие неравновесные эффекты особенно сильны в системе «кислота – соль» из-за большой разницы в подвижностях ионов водорода и катионов металлов. В кинетических процессах важен момент старта, который в описываемой системе соответствует моменту преодоления барьера Доннана, запирающего фазу ионита для коионов. Барьер Доннана может быть преодолен при контакте ионита с раствором достаточно высокой концентрации. Таким образом, концентрационный фронт, движущийся по сорбционной колонне, способен синхронизировать процесс электрокинетической эксклюзии коионов. Количественные параметры явления зависят от характеристик ионита и динамического режима контакта фаз. Для возможности производить количественные оценки рассматривается модель ионита, которая используется для построения изотермы распределения электролита между фазами раствора и ионита, отражающей эффект нарушения доннановского барьера. Теоретическая модель также включает в себя кинетические уравнения, требующиеся для описания изучаемых эффектов. Описаны специальные эксперименты, подтверждающие и уточняющие теоретические оценки параметров равновесия и кинетики, сделанные в соответствии с новым взглядом на явление кислотного удерживания. С помощью модельных расчетов делается прогноз поведения системы в условиях динамического процесса.
В последние годы молекулярно-импринтированные полимеры (МИП) привлекли большое внимание благодаря своей способности к селективному распознаванию и сорбции целевых молекул. Однако эффективность адсорбции МИП зависит от множества факторов в процессе синтеза. Поэтому необходимо изучить адсорбционные способности молекулярно-импринтированных полимеров. В данной работе были получены полимеры с молекулярным отпечатком антибиотиков цефтриаксона натрия (Ceftr) и цефазолина натрия (Cef). Эти полимеры были получены путем перестройки и имидизации полиацидных цепей в N,N-диметилформамиде в присутствии молекул антибиотиков в качестве шаблонов. Для оценки их сорбционной способности применен метод прямой кондуктометрии. Изотермы сорбции обоих антибиотиков относятся к типу L, характерному для мономолекулярной сорбции. Сильное взаимодействие полимера с антибиотиками приводит к быстрому заполнению пор даже при низких концентрациях. Примечательно, что на начальной области изотермы количество сорбированного вещества линейно увеличивается с увеличением концентрации раствора. По мере дальнейшего повышения концентрации процесс сорбции достигает насыщения, что указывает на предельный уровень сорбции. Анализ кривых кинетики сорбции показал, что время установления равновесия для цефтриаксона натрия составляет 40 минут, а для цефазолина натрия – 55 минут. Несмотря на отсутствие целевых молекул Ceftr и Cef при синтезе неимпринтированного полимера (НП), он способен удерживать вещества благодаря функциональным мономерам, которые образуют водородные связи с этими веществами на поверхности полимера. Однако из-за отсутствия молекулярного импринтинга молекулы антибиотиков лишь частично удерживаются на поверхности НП, что снижает его сорбционную способность по сравнению с МИП. Максимальные значения сорбции для МИП-Ceftr и МИП-Cef достигают 5.15 и 13.05 мг/г соответственно. Особый интерес представляет сравнение сорбционной способности МИП-Cef и МИП-Ceftr. МИП-Cef обладает лучшей сорбционной способностью по сравнению с МИП-Ceftr.
Работа посвящена получению микро- и нанодисперсий диоксида кремния с помощью волокнистых и гранулированных ионитов. Эксперименты проводили с помощью катионита КУ-2-8, сульфоугля, катионита ФИБАН К-1 и древесной (хвойной) сульфатной целлюлозы, модифицированной ранее авторами путем фосфорилирования. При получении дисперсий SiO2 использовали системы на основе жидкого стекла и дистиллированной воды с массовой долей SiO2 3, 6, 10, 20 и 30%. Получение кремнезолей методом ионного обмена проводили в статическом и динамическом режимах. С целью изучения особенностей поведения кремнезолей, полученных в динамическом режиме, оценивали изменение величины кинематической вязкости образцов в течение 2 месяцев после их получения. Дополнительно проводили эксперименты с регенерированным 10% H2SO4 и промытым до нейтрального рН катионитом КУ‑2-8. Устойчивость кремнезолей оценивали визуально и турбидиметрически. Размер частиц полученных образцов определяли методом лазерной дифракции, морфологию поверхностей ксерогелей SiO2 изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Результаты ИК‑спектроскопии свидетельствуют о наличии в полученных образцах полос, в целом характерных для аморфного гидроксилированного кремнезема. Показано, что наиболее устойчивые дисперсии образуются при использовании систем «жидкое стекло-вода» с массовой долей SiO2, равной 6%, а размер частиц зависит от типа используемого ионита. Установлено, что волокнистые катиониты позволяют получать коллоидные системы с меньшим размером частиц и большей однородностью по сравнению с гранулированными. Показано, что модифицированная целлюлоза является перспективным материалом для получения нанодисперсий диоксида кремния. Продемонстрирована возможность использования не только исходного, но и регенерированного катионита, что выгодно с экономической точки зрения. Показано, что преимуществом получения кремнезолей в динамическом режиме является возможность управления вязкостью растворов посредством отбора его определенного объёма на выходе из ионообменной колонки. Практическая значимость полученных результатов заключается в расширении номенклатуры полирующих композиций на основе SiO2 с целью их применения в электронной промышленности для химико-механической полировки полупроводниковых пластин, что позволит в будущем отказаться от дорогостоящих импортных материалов и снизить затраты на производство конечной продукции.
Обратный электродиализ – это развивающийся метод генерации возобновляемой электрической энергии из энергии градиента солесодержания с использованием ионообменных мембран. Для улучшения перспектив внедрения обратного электродиализа требуется создание новых мембран, соответствующих требованиям стоимости, электропроводности и селективности, и совершенствование конструкции установок для устранения паразитных токов. Предметом исследования была проверка возможности генерации электрической энергии методом обратного электродиализа с использованием новых катионообменных мембран и установки, отличающейся от обычно используемых для обратного электродиализа отсутствием внутренних коллекторов раствора. Целью работы было исследование генерации электрической энергии методом обратного электродиализа с использованием мембранного пакета, содержащего катионообменные мембраны производства Краснодарского компрессорного завода и анионообменные мембраны производства Fujifilm. Для этого в установку подавали более разбавленный раствор, содержавший 0.1 г/дм3 NaCl, что имитировало солесодержание речной воды, и один из двух вариантов более концентрированного раствора; в первом варианте более концентрированный раствор содержал 10 г/л NaCl, что имитировало солесодержание морской воды, а во втором варианте для проверки влияния присутствия полизарядных ионов более концентрированный раствор одновременно содержал 9 г/дм3 NaCl и 1.215 г/дм3 Na2SO4. Методом варьирования сопротивления внешней нагрузки и регистрации значений скачка потенциала между концевыми электродами и силы тока во внешней цепи определяли зависимость генерируемой мощности от силы тока во внешней цепи. В результате было показано, что не содержащая внутренних коллекторов раствора установка с мембранным пакетом, включающим новые катионообменные мембраны, действительно способна генерировать электрическую энергию, что присутствие полизарядных ионов ожидаемо снижает генерируемые мощность и скачок потенциала, однако во всех случаях максимальный скачок потенциала между электродами оказался существенно ниже ожидаемого исходя из расчетных диффузионных потенциалов, а максимальная генерируемая мощность – существенно ниже достижимой на текущем уровне развития техники. Можно заключить, что одного лишь перехода к схеме, не содержащей внутренних коллекторов раствора, недостаточно для повышения эффективности установок, и перспективным становится пересмотр конструкции и сравнение свойств новых мембран с аналогами в устройствах, позволяющих лучше продемонстрировать их возможные преимущества.
Проблема извлечения и концентрирования редких щелочных (Rb+, Cs+) и щелочноземельных металлов (Sr2+) возникает как при освоении геотермальных вод, так и при очистке природных и сточных вод атомных электростанций от долгоживущих радионуклидов. Потребность для решения этих задач в эффективных сорбентах делает актуальным расширение ассортимента сырьевой базы сорбентов на основе минерального сырья. Среди природных сорбентов для очистки растворов от радионуклидов цезия хорошо зарекомендовали себя глины разного состава, при этом отмечается, что наибольшей селективностью к Cs+ обладает глинистый минерал - иллит, содержание которого в нативной глине Левашинского месторождения Республики Дагестан составляет ~ 32%. Важной задачей становится поиск эффективных методов улучшения физико-химических свойств и сорбционных характеристик природного сырья, для чего используется обработка исходной глины различными кислотами (главным образом, HCl) и солями (Na+, K+, Ca2+, Fe2+). Целью настоящей работы является изучение сорбционных свойств по ионам Cs+, модифицированной хлоридом натрия глины Левашинского месторождения Республики Дагестан. В работе использована методика модифицирования исходной глины хлоридом натрия, предусматривающая предварительную кислотную активацию исходной глины. Исследование адсорбции ионов проводили в модельных растворах в ограниченном объеме, варьируя концентрацию исследуемых ионов в растворах от 5 до 700 мг/дм3. Обнаружено, что обработка исследуемой глины, предварительно подвергнутой кислотной активации, раствором NaCl приводит к увеличению в ~ 1.3 раза ее сорбционной емкости по Cs+ и способствует вовлечению в процесс адсорбции высокоселективных по отношению к ионам Cs+ центров FES (Frayed Edge Sites). Установлено влияние ионной силы раствора и концентрации отдельных ионов на сорбцию цезия.
В работе проведено квантово-химическое моделирование π–π–взаимодействий между аминокислотами, имеющими в своем строении ароматический радикал, в различных фазах. Исследовались ароматические аминокислоты фенилаланин и триптофан и сорбенты, имеющие гидрофобную ароматическую матрицу, такие как, стиролдивинилбензольные ионообменники и сверхсшитые сорбенты на основе этого полимера. Квантово-химическое моделирование проводили с помощью программы Gaussian 09 методом функционала электронной плотности DFT с гибридным функционалом B3LYP и базисом 6-31G++(d,p) с поправкой GD3 с использованием метода РСМ с коррекцией суперпозиционной ошибки базисного набора (BSSE) по процедуре Бойса–Бернарди. Как установлено в результате моделирования димеров аминокислот в растворе, полученные величины энергии и геометрия согласуются с классическими представлениями о π–π–связи. Димер фенилаланина, образованный за счет π–π–взаимодействий бензольных колец бокового радикала, может существовать в двух вариантах – параллельном со смещением и Т-образном варианте расположения бензольных колец. Для триптофана характерно существование трех вариантов димера – помимо двух указанных, реализуется Т-образный вариант «гетероатом-кольцо», в котором одна их молекул триптофана ориентируется гетероатомом бокового радикала (атом азота индольного цикла) к центру бензольного кольца бокового радикала другой молекулы триптофана. Вариант параллельного со смещением расположения является более выгодным для обеих аминокислот, однако характерный для триптофана Т-образный вариант «гетероатом-кольцо» также характеризуется большой энергией, что отличает эту аминокислоту и требует учета при изучении различных систем с ее участием. При моделировании формирования второго сорбционного слоя за счет π–π–взаимодействий сорбат-сорбат рассмотрены системы, состоящие из трех частиц - элемента матрицы сорбента и двух молекул аминокислоты. В результате моделирования систем с участием фенилаланина при всех способах комбинирования стартовых фрагментов показано, что формируются структуры с параллельным расположением колец, смещенных друг относительно друга. При моделировании второго сорбционного слоя триптофана в сорбенте получено, что реализуется двойной Т-образный вариант расположения с участием шести- и пятичленных циклов боковых радикалов обеих молекул аминокислоты или структура, формирующаяся из трех замкнутых в треугольник Т-взаимодействий радикалов триптофана. Установлено, что формирование π–π–связей в многочастичной системе энергетически более выгодно, чем образование единичной связи, поскольку число π-электронов, участвующих в образовании единой многослойной π–электронной системы, больше, при этом множественные π–π–взаимодействия наименее подвержены влиянию заместителей в бензольном кольце.
В настоящее время актуальной проблемой является получение новых ионообменных материалов. Перспективной основой для разработки и создания широкого ассортимента ионообменных материалов являются полимерные волокна. Сочетание различных типов волокнистых материалов и ионообменных матриц позволяет получать как катионо-, так и анионообменные мембраны с широким спектром свойств. Существенное влияние на структуру и свойства получаемых мембран оказывают условия синтеза ионообменной матрицы на поверхности и в структуре волокнистой основы. Эффективным направлением получения композиционных материалов с улучшенными свойствами является введение ультрадисперсных добавок различной природы при их поликонденсационном наполнении. В связи с этим целью данной работы являлось изучение физико-химических свойств и пористой структуры серии катионо- и анионообменных мембран Поликон, полученных с использованием наночастиц (НЧ) различных неорганических веществ на стадии синтеза ионообменной матрицы. Серия образцов композиционных ионообменных волокнистых мембран Поликон К формировалась путем синтеза бифункционального катионита с ионообменными группами –SO3H и -OH, получаемыми на основе n-фенолсульфокислоты и формальдегида на полиакрилонитрильной волокнистой основе. Серия композиционных мембран Поликон А получена поликонденсационным наполнением полиэфирных волокон ткани «Лавсановая фильтровальная ткань – ФЛ-4». Исходными компонентами мономеризационного состава при формировании полифункционального анионита смешанной основности, содержащего вторичные и третичные аминогруппы и четвертичные аммониевые группировки, являлись полиэтиленамин и эпихлоргидрин. В качестве допантов использовались оксидированные наночастицы Fe, Ni, Cu, B, Si. В данной работе исследовано влияние природы наночастиц и их количественного содержания на удельную электропроводность мембран Поликон. Обнаружено, что независимо от природы и содержания НЧ в диапазоне 1.5-7.5 мас.%, мембраны имеют близкие значения удельной электропроводности. Показано, что содержание НЧ 1.5 масс.% является достаточным для обеспечения проводящих свойств мембран. Методом эталонной контактной порометрии и электронной микроскопии подтверждена гетерогенность мембран Поликон на надмолекулярном и макроскопическом уровне, обусловленная многофазностью системы в результате объединения гидрофильных и гидрофобных компонентов при синтезе. Установлено, что высокая электропроводность мембран обусловлена большой пористостью образцов и наличием макропор, заполненных равновесным раствором электролита. При этом природа наночастиц оказывает большее влияние на электропроводность мембран Поликон, чем технология получения наночастиц. На основании полученной информации о селективных и проводящих свойствах мембран Поликон сделаны рекомендации о перспективности их применения в качестве наполнителей между гетерогенными ионообменными мембранами при получении глубоко деионизованной воды методом электродиализа.
В данной работе изучаются полимерные хромато-десорбционные системы (ХДС), предназначенные для создания водных сред с известным содержанием аналита. Актуальность исследования обусловлена потребностью в новых методах стандартизации аналитических измерений, обеспечивающих более высокую правильность, точность и прецизионность выполняемых измерений. Разработанные ХДС представляют собой композитные материалы на основе эпоксидной смолы, содержащие сорбированный на нанодисперсном диоксиде кремния аналит – синтетический краситель. Основная задача работы заключалась в исследовании высвобождения аналита в воду при статических условиях. Для этого проводился эксперимент, включающий ежедневную замену воды, в которой находились образцы ХДС, с последующим анализом концентрации десорбированного аналита методом ВЭЖХ. Результаты показали, что процесс десорбции аналита подчиняется степенной зависимости, что позволяет прогнозировать концентрацию аналита в водной среде на разных этапах работы ХДС. Установлено, что ключевыми факторами, влияющими на скорость и степень высвобождения аналита, являются его химическая структура, гидрофильность, начальная доступность и взаимодействие с полимерной матрицей. Наибольшее высвобождение аналита наблюдалось у Хинолинового желтого и Понсо 4R, наименьшей скоростью десорбции характеризовались менее полярные трифенилметановые красители, что объясняется их молекулярными особенностями. Разработанные ХДС обладают высокой стабильностью и могут использоваться в качестве стандартных образцов для калибровки хроматографического оборудования. Их применение в аналитической химии позволит повысить точность количественного определения различных соединений, особенно в условиях сложных матричных сред. Перспективы дальнейших исследований связаны с оптимизацией состава ХДС, а также с изучением их поведения в динамических условиях как в идеальных, так и неидеальных водных средах.
В данной работе проводится анализ особенностей процесса поглощения ионов кобальта (II) и никеля (II) природными цеолитами. Исследование направлено на изучение кинетики и эффективности адсорбции этих ионов. Получены кинетические кривые адсорбции исследуемых ионов в интервале температур 298-318 К. Время наступления адсорбционного равновесия составило 120 минут. Величина адсорбции ионов никеля(II) при Т=298 К составила 6.1 мг·г-1, а для кобальта – 5.6 мг·г-1 (Т=298К). Лучшую адсорбируемость никеля можно объяснить меньшим размером радиуса обменного иона (0.069 нм). Для кобальта этот показатель составляет 0.074 нм. В рамках диффузионных моделей Бойда и Морриса-Вебера использован количественный подход для первичного разграничения внешне и внутри диффузионного лимитирования адсорбции. Показано, что диффузия ионов через пленку раствора, вносит свой вклад в общую скорость процесса. Определены значения константы скорости внешней диффузии. Максимальное значение константы скорости внешней диффузии 0.019 мин-1 для ионов кобальта(II) и 0.015 мин-1 для ионов никеля(II) достигается при температуре 318 К, т.е. с повышением температуры диффузия в пленке раствора усиливается. Вклад химической стадии в кинетику гетерогенного процесса адсорбции был охарактеризован в рамках кинетических моделей Лагергрена, Хо и Маккея и Еловича. Наиболее применимой для описания исследуемых процессов является модель псевдо-второго порядка. Указанная модель предполагает, что скорость процесса адсорбции лимитирует химическая реакция. В случае рассматриваемых цеолитов (гейландита-Са) процесс сопровождается ионным обменом между адсорбируемыми ионами и обменными катионами природного минерала.
Индолил-3-уксусная кислота (ИУК) принадлежит к фитогормонам ряда ауксинов, которые регулируют рост и развитие растений. Активация обмена веществ ауксинами в растительных клетках (а, следовательно, повышение урожайности сельскохозяйственных культур) тесно связана с проблемами влагоудерживания в почве. Для успешного решения данной проблемы весьма перспективным является использование редкосшитого полимерного гидрофильного материала со свойствами суперабсобента (под названием «Твердая вода»). Целью данного исследования явилось установление механизма взаимодействия индолил-3-уксусной кислоты с суперабсорбентом «Твердая вода». Проведено исследование адсорбционного взаимодействия суперабсорбента «Твердая вода» с индолил-3-уксусной кислотой. Показано, что в водных и водно-спиртовых растворах индолил-3-уксусная кислота (ИУК) протонирует с образованием катионов, биполярных ионов и анионов. Представлены электронные спектры вышеназванных ионных форм ИУК. Выбрана аналитическая длина волны λmax=279 нм для определения концентрации ИУК в рабочих растворах. Приведены условия синтеза суперабсорбента, способного поглощать воду, в соотношении 500 дм3 на 1 кг полимера; а также данные по наличию функциональных групп в сорбенте, которые способны вступать в реакции ионного обмена в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов. Сорбцию индолил-3-уксусной кислоты изучали с использованием метода ограниченного объема при рН=5.2 (Т=298 К). Рассмотрены варианты сорбционного поглощения цвиттер-иона ИУК± фрагментами матрицы суперабсорбента, имеющими в структуре «амидные + СООН»-группировки и «аминные + СООН» группировки. Установлено, что поглощение ИУК± данными фрагментами полимера является суммарным и может соответствовать закону распределения. Предложены вероятные механизмы взаимодействия ИУК± с функциональными группами суперабсорбента с образованием ассоциатов СОО-…Н2О, Н2О…Н-N+Н2,СОО-…Н2О…Н-N+Н2, Н-ОН…О=С-NН. Данные механизмы нашли подтверждение в результатах, полученных методом ИК-спектроскопии. Представлены термодинамические характеристики водородных связей в вышеприведенных ассоциатах «ИУК±–вода – сорбент».
Разработка и внедрение иммобилизованных препаратов ферментов является актуальным и перспективным направлением в современной фармацевтической практике. Лекарственные формы, в состав которых входит протеолитический фермент папаин (КФ 3.4.22.2), обладают противовоспалительным и регенерирующим действием и эффективны для лечения нарушений кожного покрова. В данной работе рассматриваются условия получения иммобилизованных препаратов папаина с применением в качестве носителей волокнистых полиэлектролитов на основе полипропилен-стирол-дивинилбензольной матрицы: слабокислотного катионообменника К-4 и высокоосновного анионообменника А-1. Адсорбционную иммобилизацию проводили при температурах 293±2К, 313±2К с использованием метода переменных концентраций в интервале 0.2-5.0∙10-2 ммоль/дм3, рН 6.5. Выявлено, что фиксация белка на волокнах при температуре 313±2К описывается моделью Ленгмюра. Анализ экспериментально полученных изотерм сорбции папаина при 293±2К показал, что с увеличением концентрации папаина во внешнем растворе процесс адсорбции обусловлен преимущественно взаимодействием в фазе носителя белковых макромолекул. Образование полимолекулярных слоев фермента описывается уравнением Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ). Наиболее значимый вклад в полную сорбционную емкость волокнистых носителей вносит физическая сорбция. Сделано предположение, что при этом имеет место формирование супрамолекулярных структур в виде ассоциатов белка. Каталитическая активность гетерогенных биокатализаторов при рН 6.5 составляет 47-87% от ферментативной активности растворимого папаина. Проведен расчет равновесных параметров сорбции белка рассматриваемыми носителями (констант, характеризующих взаимодействия папаин-волокнистый носитель, папаин-папаин) и некоторых термодинамических характеристик исследуемого процесса иммобилизации (свободной энергии Гиббса, энтальпии, энтропии). Экспериментально подтверждена возможность применения данного способа иммобилизации папаина на волокнистых сорбентах.
. Исследован процесс химического осаждения меди в зернистый макропористый сульфокатионообменник различными восстановителями (дитионит натрия, боргидрид натрия) в режимах одно- и многократных циклов насыщения и восстановления (1-10). Кинетика процесса осаждения удовлетворительно описывается моделью внутренней диффузии, сопровождающейся химической реакцией. Полученный по экспериментальным данным кинетический комплекс , включающий коэффициенты внутренней диффузии и распределения коиона-восстановителя между фазами, имеет на порядок более низкие значения, чем для сорбции противоиона меди. Обнаруженное на срезах зерен замедленное движение границы образования конечного продукта в сравнении с промежуточными стадиями свидетельствует о лимитирующей стадии внутренней диффузии коионов восстановителя. Из сравнения двух восстановителей, взятых в равных массовых долях, следует, что дитионит натрия восстанавливает ионы меди до металлических частиц через стадии замедленного образования промежуточных соединений, а боргидрид натрия более быстро осаждает частицы меди, скорее всего, вследствие участия в общем процессе выделяющегося в химической реакции водорода. Установлено, что от цикла к циклу осаждение происходит с одинаковой скоростью, предварительно осажденная медь не препятствует дальнейшему накоплению металла, что возможно благодаря проведению повторных циклов осаждения в матрице со вновь освобождающимися после восстановления металла ионогенными центрами и переводом их в исходную водородную ионную форму.
Низкая растворимость, приводящая к незначительному растворению в желудочно-кишечном тракте, является основной проблемой для лекарственных средств, предназначенных для перорального применения. Одним из таких лекарственных средств является циннаризин. Лекарственные средства циннаризина на фармацевтическом рынке представлены препаратами с немедленным высвобождением, характеризующимися невысокой абсорбцией и низкой биодоступностью. С целью повышения растворимости в настоящее время актуален вопрос использования наночастиц кремния. Целью данного исследования является исследование особенностей сорбции-десорбции циннаризина с поверхности пористого кремния por-Si, и определение острой и хронической токсичности наночастиц пористого кремния без циннаризина и с осажденным циннаризином, в тесте функциональной нагрузки на инфузориях Paramecium caudatum. Образцы макро- и мезопористого кремния получали двусторонним анодным электрохимическим травлением пластин монокристаллического кремния. Средний размер наночастиц кремния, полученных после механического и ультразвукового измельчения пористого слоя, составил ~10-20 нм. Методом диализа через полупроницаемую мембрану изучены процессы сорбции –десорбции циннаризина с поверхности макро- и мезопористого кремния. Оптимальное время адсорбции циннаризина на поверхности макро- и мезопористого кремния составило 30 минут. При изучении десорбции циннаризина с поверхности por-Si установлено, что за 45 минут эксперимента концентрация циннаризина в среде 0.1 М кислоты хлористоводородной составила 0.73 и 0.51 мг/мл соответственно. При изучении острой и хронической токсичности наночастиц пористого кремния с осажденным циннаризином на тест-объекте из типа простейших инфузорий Paramecium caudatum установлено, что наночастицы мезопористого кремния повышают жизнеспособность парамеций в тесте функциональной нагрузки, не проявляя токсических эффектов по отношению к ним, в то время как наночастицы мезопористого кремния с осажденным циннаризином могут снижать жизнеспособность инфузорий.
Модель кластерной адсорбции применена к интерпретации изотерм адсорбции углекислого газа на металл-органических каркасах MOF-2, MOF-74 и Cu3(BTC)2. Согласно данной модели на сорбенте формируются мономеры, димеры, кластеры из n-молекул из мономерных молекул сорбтива. Физико-химическая обоснованность адсорбции в форме кластеров заключается в том, что формирование кластеров сорбата обеспечивает более высокую энергию адсорбции по сравнению с фиксацией отдельных молекул вследствие снижения энергии системы за счет вклада в энергию адсорбции сорбат-сорбатных связей. Уравнение изотермы кластерной адсорбции получено аналитически в предыдущих работах, его параметрами являются коэффициенты равновесия реакций образования мономеров и кластеров сорбата, емкость монослоя и структурные характеристики кластеров сорбата, последнее позволяет оценить структуру сорбата. Для однослойной кластерной адсорбции разработан графический способ определения параметров и введен критерий, позволяющий на основе экспериментальных сорбционных данных выявить является ли монослойная адсорбция кластерной или адсорбцией индивидуальных молекул (Ленгмюр). Показано, что для системы Cu3(BTC)2 - СО2 площадь поверхности сорбента достаточна для однослойного покрытия и адсорбция является однослойной. Для анализа характера адсорбции этой системы использован критерий кластеризации, подтвердивший формирование на сорбенте кластеров сорбата. Показано, что при адсорбции на Cu3(BTC)2 кластеры сорбата состоят из 3-4 молекул. Для системы Cu3(BTC)2 - СО2 параметры уравнения изотермы определены графически и методом наименьших квадратов. Параметры изотермы адсорбции СО2 на МОF-2 и MOF-74 найдены методом наименьших квадратов. Показано, что в этом случае адсорбция является двухслойной. На МОF-2 формируются кластеры ~ из 2-3 молекул углекислого газа, из которых ~ 2 молекул лежат в 1 слое и ~ 1 молекула во втором. На поверхности MOF-74 в основном находятся кластеры из 2 молекул с 1-2 молекулами в первом слое.
Композиты с участием наноразмерных магнитных ферритов со структурой шпинели привлекают все большее внимание как функциональные материалы для катализа и сорбции. Преимущество таких катализаторов и сорбентов определяется их термической стабильностью, химической устойчивостью в агрессивных средах, большой площадью удельной поверхности, высокой намагниченностью насыщения, позволяющей создавать на их основе магнитоуправляемые материалы с адсорбционно-каталитической активностью, извлекаемые из водной среды методами магнитной сепарации. Методом цитратного горения синтезированы композитные материалы CF@C400, CF@C500, CF@C600 на основе углей, полученных карбонизацией березовых опилок размером не более 1 мм при температурах 400, 500, 600оС, и наноразмерного феррита кобальта CoFe2O4 со структурой шпинели. Методом рентгенофазового анализа установлено присутствие наноразмерных кристаллитов шпинели CoFe2O4 во всех композитных материалах. Средний размер областей когерентного рассеяния частиц феррита кобальта, рассчитанный с использованием формулы Дебая-Шеррера, составляет 18±4 нм в композите CF@C400; 16±4 нм в композите CF@C500 и 17±4 нм в композите CF@C600. Методом инфракрасной спектроскопии выявлено наличие целого ряда функциональных групп на поверхности углей (–OH,–CH2, =O , C=C, –CH3). Установлена высокая адсорбционно-каталитической активность композитов CoFe2O4@C в процессе очистки водного раствора от 2,4-динитрофенола (ДНФ) с концентрацией 0.15 г/дм3 при ультрафиолетовом облучении. Осуществлена дифференциация окисления и сорбции 2.4-динитрофенола на композитных материалах CF@C400, CF@C500, CF@C600. Сорбционная емкость композитов по отношению к ДНФ уменьшается в ряду CF@C500 > CF@C600 > CF@C400. Суммарная степень очистки для композитов CF@C400, CF@C500, CF@C600 составляет 96, 97 и 96% соответственно. Синтезированные на основе отходов деревообрабатывающей промышленности композитные материалы обеспечивают высокие степени очистки воды от 2.4-динитрофенола, что позволяет рассматривать их как перспективные материалы для процессов очистки сточных вод.
Существуют практические задачи селективного определения водорода с помощью компактных недорогих сенсорных анализаторов, способных работать длительное время в автономном режиме в труднодоступных местах. Однако высокоселективные сенсоры водорода в настоящее время отсутствуют, а приборы типа «электронный нос», позволяющие проводить качественный и количественный анализ с помощью набора нескольких малоселективных сенсоров, потребляют достаточно много электроэнергии и нуждаются в использовании компьютера для обработки данных. Задача селективного определения может быть решена с помощью единичного сенсора, который в стационарном режиме является малоселективным, но при температурной модуляции позволяет газам-аналитам проявить свою индивидуальность. Переход от стационарного режима к температурной модуляции приводит к превращению сенсорного отклика из скалярной величины в векторную. Для обработки массивов векторных данных успешно используют такие методы, такие, например, PCA (метод главных компонент) или MLP (многослойный персептрон), однако для реализации этих методов требуются достаточно производительные микропроцессоры. Между тем, для создания недорогих компактных газоанализаторов используются менее производительные, но более энергоэффективные микроконтроллеры. Таким образом, возникает задача создания простого алгоритма обработки векторных данных, который может быть реализован в стандартном микроконтроллере, имеющем ограниченные вычислительные возможности. В работе были получены экспериментальные данные по температурной модуляции полупроводникового газового сенсора на основе SnO2 с добавкой 3% палладия в виде PdO в среде водорода различных концентраций, а также в других газовых средах. Все данные были разделены на две группы – из первой была составлена обучающая выборка, а вторая группа была оставлены для тестов. Концентрации газов в двух выборках не совпадали – это было сделано для того, чтобы усложнить задачу селективного анализа. Разработанный нами алгоритм позволил без ошибок решить задачу селективного определения газов – все тестовые эксперименты дали верные ответы на вопросы качественного анализа.
Изучены структурно-функциональные свойства трипсина при его иммобилизации на поли-N,N-диметиламиноэтилметакрилате (пДМАЭМА). Трипсин, относящийся к группе сериновых протеаз, играет ключевую роль во многих биологических процессах и применяется в различных отраслях, таких как биотехнология и медицина. Несмотря на свою распространенность, трипсин имеет ряд недостатков, среди которых – нестабильность и невозможность повторного использования, что снижает общую эффективность процессов и сокращает сроки хранения препаратов. Способом решения названных проблем является иммобилизация ферментов, которая позволяет повысить их стабильность, увеличить время полужизни и продлить срок службы. В данной работе объектом исследования стал трипсин, который был иммобилизован на пДМАЭМА — слабокатионном полиэлектролите, обладающем уникальными свойствами, такими как переход из гидрофильного состояния в гидрофобное под воздействием внешних стимулов, например, температуры и pH. Процесс синтеза пДМАЭМА включал использование N,N-диметиламиноэтилметакрилата и N,N-диметилформамида, которые предварительно очищались вакуумной дистилляцией. Реакция проходила при 60°C в течение пяти часов с добавлением инициатора азо-бис-изобутиронитрила. Полученный полимер выделялся лиофилизацией до постоянной массы образца. Иммобилизация трипсина происходила в два этапа: подготовка раствора трипсина в буферном растворе полимера с добавлением цистеина и инкубация полученного раствора с раствором резорцина при температуре 50 °C. Процесс завершался полным высыханием препарата. Для изучения характеристик иммобилизованного трипсина использовались различные методы, включая измерение каталитической активности, ИК-спектроскопию и молекулярный докинг. Результаты показали, что иммобилизация трипсина на пДМАЭМА повышает его каталитическую активность в ~1.5 раза, что связано с формированием определенного микроокружения и улучшением условий для протекания реакций. Анализ ИК-спектров подтвердил наличие водородных связей и гидрофобных взаимодействий между трипсином и пДМАЭМА, что свидетельствует о важности данных типов физико-химических взаимодействий в процессе иммобилизации. Молекулярный докинг позволил выявить ключевые аминокислоты, участвующие в формировании комплекса, и подтвердить наличие солевых мостиков. Таким образом, данная работа демонстрирует потенциал использования пДМАЭМА в качестве носителя для иммобилизации трипсина, что открывает новые возможности для применения этого комплекса в биотехнологии и медицине.
В растворах NaCl (pH 5.7) и K2Cr2O7 (pH 4.0) определены толщина, обменная емкость, влагосодержание, объёмные доли гелевой фазы, концентрационные зависимости удельной электропроводности и диффузионной проницаемости анионообменных мембран PFAEM, AEM Type 1, изготовленных методом заполнения пор инертной подложки ионообменным материалом, и мембраны МА-41П, изготовленной методом горячего прессования размолотой ионообменной смолы и пудры полиэтилена низкого давления. Поведение исследуемых мембран в растворах NaCl аналогично поведению таких же и подобных им мембран, полученному в независимых экспериментальных исследованиях, и находится в хорошем согласии с прогнозируемым известной микрогетерогенной моделью. Вблизи точки изоэлектропроводности их удельная электропроводность растет в ряду PFAEM<<МА-41П
Пирофосфорную кислоту применяют в разных областях: в качестве ингибитора коррозии металлов, как буферный агент в растворе электролита в технологии гальванопокрытия, при получении пирофосфата ванадила, который является селективным катализатором при окислении н-бутана до малеинового ангидрида. Внимание к пирофосфорной кислоте вызвано также разработкой резорбируемых неорганических фосфатных материалов для регенеративного лечения дефектов костных тканей. Получить пирофосфорную кислоту можно в результате реакции фосфорной кислоты с оксихлоридом фосфора. Но наиболее простым способом получения пирофосфорной кислоты в водном растворе считают катионный обмен из пирофосфата натрия на сильнокислотных катионообменниках полистирольного типа. Такие процессы проводят как в колонках с катионитом, так и в статических условиях простым перемешиванием избытка катионита в водородной форме с соответствующей солью. В настоящей работе изучено получение пирофосфорной кислоты из пирофосфата натрия в колонках с сильнокислотным катионитом при температурах 25 и 60оС с акцентом на то, в какой степени пирофосфорная кислота успевает превратиться в ортофосфорную за время нахождения в ионообменной колонке и как быстро гидролиз продолжается в полученном фильтрате. Показано, что в фильтрате сразу после его отбора из колонки помимо пирофосфорной кислоты содержится некоторое количество ортофосфорной кислоты (6% от общего содержания фосфора представлено в виде ортофосфорной кислоты при 25оС и 13% при 60оС). При последующем хранении фильтрата при 25оС гидролиз пирофосфорной кислоты продолжается, однако сравнительно медленно. Спустя 3 часа после получения раствора пирофосфорной кислоты степень ее превращения в ортофосфорную увеличивается относительно мало, а полный гидролиз пирофосфорной кислоты не происходит даже спустя 19-21 суток. Анализ зависимости степени гидролиза пирофосфорной кислоты от времени показал, что процесс происходит по кинетическому уравнению реакции первого порядка.
Целью настоящей работы явилось определение активности глутатионредуктазы (ГР, КФ 1.6.4.2) в сыворотке крови больных с сахарным диабетом 2 типа (СД2) и в сыворотке крови крыс с экспериментальным СД2, а также разработка схемы очистки фермента из печени экспериментальных животных с применением хроматографических методов и исследование его каталитических свойств. В эксперименте использовали сыворотку крови практически здоровых лиц с нормальными показателями общего и биохимического анализов крови (контрольная группа пациентов), людей, которым был поставлен диагноз СД2, а также сыворотку и печень крыс контрольной группы и животных с экспериментальным СД2. Патологическое состояние у экспериментальных животных моделировали путем комбинации высокожировой диеты в течение 1 месяца и последующего двукратного внутрибрюшинного введения стрептозотоцина (СТЗ) с интервалом 7 дней в дозе 30 мг/кг веса животного в цитратном буфере рН 4,4. Забой животных производили через 14 дней после введения СТЗ. Активность ГР определяли спектрофотометрически на СФ-56 при 340 нм. Общее количество белка определяли по методу Лоури. Для исследования каталитических свойств фермента была проведена его очистка из печени крыс контрольной группы и животных с индуцированным СД2 с помощью методов разделения белков сульфатом аммония, а также гель-фильтрации через сефадекс G-25 и ионообменной хроматографии на ДЭАЭ-целлюлозе. В результате были получены ферментные препараты ГР, очищенные в 56.4 и 46.0 раза из печени крыс контрольной группы, животных с СД2. В ходе исследования было установлено, что в процессе ионообменной хроматографии на колонке с ДЭАЭ-целлюлозой ГР из печени крыс контрольной группы десорбировалась с максимальной ферментативной активностью при концентрации KCl 100 мМ. Для десорбции ГР печени группы крыс с СД2 с колонки наиболее эффективной оказалась концентрация КСl в среде элюции 50 мМ. С использованием полученных ферментных препаратов выявлено, что кинетика реакции, катализируемой ГР описывается уравнением Михаэлиса-Ментен. При этом при патологии имеет место снижение сродства фермента как к окисленному глутатиону, так и к НАДФН. В результате оценки влияния рН на интенсивность функционирования ГР было установлено, что данный энзим из гепатоцитов крыс в норме имеет наибольшую активность при значениях рН, лежащих в диапазоне от 7.2 до 7.5. Оптимальное же значение рН соответствовало значению 7.4. Увеличение или снижение концентрации ионов водорода сопровождалось резким падением ферментативной активности. Показано, что для фермента, выделенного из печени крыс с СД2 рН оптимум равен 7.0. Причем изменение концентрации ионов водорода в большую сторону сопровождается менее резким падением активности ГР, по сравнению с нормой.
