Секция «аналитические и микрофлюидные системы наноматериалы и нанотехнологии»

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ (ММД) В МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ В НАНО ПОРИСТЫХ СИСТЕМАХ.

Еремин А.В. 5, научный руководитель доц. Агафонов А.Н.

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

Разработана на базе метода классической молекулярной динамики модель адсорбционно-десорбционных процессов в нано пористых системах.

Смоделированы структуры нанопористых систем, описаны взаимодействия селективного сорбента с молекулами газов. Исследованы механизмы разделения смеси газов при различных параметрах моделируемой системы.

В результате работы построена модель системы, демонстрирующая эффект выборочной сорбции газов в нано порах, исследована кинетика адсорбционно-десорбционных процессов, проходящих в модельной системе.

Дальнейшее развитие данной работы связано с увеличением числа моделируемых частиц (в настоящее время порядка 104 шт.), разработкой методик получения исходных данных для модели (энергии активации процессов, потенциалы межмолекулярного взаимодействия и т.д.), что позволит решать более широкий круг задач.

МИКРО- И НАНОДИСПЕРСНАЯ СТРУКТУРА ЦЕМЕНТОСОДЕРЖАЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Арестова П.А., Бардин А.Ю., Карпова А.А., научный руководитель доц. Гурьянов А.М.

(Самарский государственный архитектурно-строительный университет)

Рассматриваются основные структурные параметры цементосодержащих строительных материалов. Анализируются способы определения структурных параметров в микро- и нанометровом диапазоне. Проводится сравнение оптических методов с методами малоуглового рассеяния нейтронного и синхротронного излучения.

Определены размеры микро и наночастиц силикат-гидрата кальция, их распределение по размерам, а также фрактальная размерность структурных элементов цементных композиций. Предложена модель построения фрактала. Проведено сравнение модельных расчетных значений фрактальной размерности с экспериментальными данными.

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ КАК ДОБАВКИ ДЛЯ ЦЕМЕНТОСОДЕРЖАЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Альбакасов С.К., Антонов Я.А., Куанышкалиев О.Т., научный руководитель доц. Гурьянов А.М.

(Самарский государственный архитектурно-строительный университет)

Рассмотрено влияние комплексных добавок и модификаторов, содержащих углеродные наноматериалы, на свойства гидратированных цементных композиций. Отмечено улучшение физических свойств цементосодержащих материалов (прочность, морозостойкость, удобоукладываемость и др.), а также влияние углеродных наноматериалов на структурные параметры (дисперсный состав, фрактальную размерность и др.). Получены зависимости определяемых параметров от времени гидратации, состава и концентрации добавок, однородности распределения их по объему цементного раствора.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНДОГЕННЫХ МАРКЕРОВ В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРО ХРОМАТО-ДЕСОРБЦИОННЫХ СИСТЕМ

Михеенкова А.Э., Лобанова М.С., научные руководители проф. Платонов И.А.,

с.н.с. Колесниченко И.Н., доц. Мышенцева Ю.Б.

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

Проведена разработка методических приемов и средств для количественного определения эндогенных маркеров заболеваний в выдыхаемом воздухе. В работе рассмотрено два способа построения градуировочных зависимостей: с использованием жидких градуировочных растворов и газовых градуировочных смесей, полученных статическим хромато-десорбционным способом. Разработана методика концентрирования анализируемых веществ с использованием новых микроэкстракционных систем. Показана возможность применения различных типов сорбентов для концентрирования пентана из выдыхаемого воздуха и для приготовления градуировочных смесей, при этом реализуемый способ соответствует требованиям «зеленой химии», так как позволяет значительно сократить применение реактивов и органических растворителей.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРА МИЦЕЛЛ, ОБРАЗОВАННЫХ СМЕСЬЮ АНИОННЫХ И НЕИОНОГЕННЫХ ПАВ, НА ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ РАСТВОРОВ

Чихерёва Т.В., научные руководители: доц. Коновалов В.В., асп. Бабицкая К.И.

(Самарский государственный технический университет)

Самоорганизация молекул ПАВ в водных растворах приводит к образованию различных ультрадисперсных коллоидных структур - мицелл, размеры которых зависят от строения и вида ПАВ. При использовании смешанных ПАВ управление процессом мицеллообразования позволяет эффективно регулировать поверхностное натяжение на границах «нефть – пластовая вода», солюбилизирующую активность и реологические свойства раствора необходимые для обеспечения эффективной нефтевытесняющей способности.

В работе проведены исследования распределения мицелл по размерам, выполненных с использованием лазерного анализатора размеров частиц Microtrac Nanotrac Ultra, а также влияние размера мицелл на поверхностное натяжение растворов, выполненных на видеотензиометре SVT 15 методом вращающейся капли.

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОФЛЮИДНОЙ СИСТЕМЫ НА ПЛОСКОСТИ АЛЮМИНИЕВОЙ ПЛАСТИНЫ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОМАТЕРИАЛАМИ («НУМ-А») В КАЧЕСТВЕ АДСОРБЕНТА

Якуненков Р.Е., научные руководители профессор Платонов И.А., асс. Платонов В.И.

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

Разработана и создана микрофлюидная система на плоскости алюминиевой пластины с наноуглеродным материалом «НУМ-А». Канал сечением 0,6×0,6 мм² и длиной 0,8 м на плоскости алюминиевой пластины формировался метом фрезерования с числовым программным управлением. Адсорбционный слой формировался суспензионным статическим методом заполнения. Показано, что минимальное значение высоты эквивалентной теоретической тарелке (H) проявляемое микрофлюидной системой составляет 9,9 мм, что говорит о низкой эффективности созданной газохроматографической колонки. Однако сорбент проявил высокую селективность к исследуемым соединениям, фактор разделения для пары изо-бутан/бутан (α) составил 1,9 при температуре колонки 50°С, что позволяет достигнуть степени разрешения (RS) 0,84.

Высокая селективность «НУМ-А» к исследованным сорбатам, при сниженной эффективности массообмена, позволяет сделать вывод о необходимости их модификации для создания микрофлюидных систем, обеспечивающих экспрессный анализ легкокипящих углеводородов.

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ГИДРИРОВАНИЕ ГЕКСИНА-1 НА НАНОЧАСТИЦАХ МЕДИ

Филимонов Н.С., научные руководители д.х.н. проф. Буланова А.В., к.х.н. Шафигулин Р.В., асп. Митина Е.Г.

(Самарский государственный университет)

Реакция гидрирования непредельных углеводородов является одной из базовых реакций нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Этот процесс применяется для гидроочистки углеводородного сырья от непредельных углеводородов, что повышает октановое число производимого бензина, а также для улучшения качества полимеров. Изучена реакция гидрирования гексина-1. В качестве катализатора были выбраны наночастицы меди. Разработана установка для проведения гидрирования гексина-1 в статических условиях. Установка позволяет проводить эксперимент в on-line режиме.

По результатам работы исследована кинетика реакции гидрирования гексина-1 на нанокомпозитном катализаторе, содержащем наночастицы меди. Определены константы скорости реакции при различных температурах и энергия активации процесса.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗЕРВА ШТАМПУЕМОСТИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА АМг6

Луконина Н.В., научный руководитель доц. Носова Е.А.

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

В работе представлены результаты расчёта температуры и времени выдержки при нагреве холоднокатаных заготовок из сплава АМг6 для получения определённого размера зерна. Установлены механические и технологические свойства листов после отжига при температуре 420^ОС и выдержках 3, 4 и 6 минут. Проведена проверка теоретических расчётов и полученного рекристаллизованного зерна, которая показала хорошую сходимость теоретических расчётов и экспериментальных данных.

Расчетным путем получены значения размера зерна и продолжительности выдержки при заданной t. Исследование механических свойств после прокатки и отжига при t 420 ⁰C с различной продолжительностью выдержки выявило наилучшие свойства при выдержке в 4 минуты.

Микроструктурные исследования показали, что зерно с рассчитанными размерами после прокатки и отжига по выбранным режимам было получено, но деформируемая структура полностью не устранилась. Исследования показали, что для межоперационного отжига и повышения штампуемости в листах после прокатки в сплавах АМг6 рекомендуется нагрев до t 420 ⁰C , выдержка 4 мин. Для обеспечения выбранных режимов может быть рекомендована ЛНТО.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОНОСАХАРИДОВ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ

Мазницына Е.А., Еменева А.Ю.,

научные руководители: Никитченко Н.В.¹, доц. Стулова С.В.²

(¹Самарский государственный аэрокосмический университет, ²Самарский государственный медицинский университет)

В работе представлены результаты анализа вагинальной жидкости методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ-МС) с целью определения моносахаридов для диагностики заболеваний и оценки эффективности пребиотика из растительных моносахаридов для лечения бактериального вагиноза.

Подобраны оптимальные способы пробоподготовки с использованием дериватизирующих агентов, а также оптимальный режим проведения качественного и количественного анализа.

Исследования проводили на хромато-масс-спектрометре Agilent 7890A с масс-селективным детектором при температуре аналитического интерфейса 280°С и температуре испарителя 280°С. Разделение осуществляли на кварцевой капиллярной колонке HP‑5MS (30 м*0,25 мм*0,25 мкм) при программировании температуры: 120°C - 5 мин, 10°C/мин до 130°C - 0 мин, 3°C/мин до 210°C - 0 мин, 15°C/мин до 240°C - 0 мин, 3°C/мин до 265°C - 10 мин, 15°C/мин до 295°C – 15 мин, время анализа - 70 мин, скорость потока газа-носителя (гелия) – 1 см3/мин, средняя линейная скорость газа-носителя – 37,6 см/сек, диапазон сканирования m/z 45.0-350.0 а.е.м., объем вводимой пробы – 5 мкл. Для идентификации ТМС-производных моносахаридов по их масс-спектрам использовали базу данных NIST, входящую в состав штатной программы обработки данных масс-спектрометра.

СОРБЦИОННЫЕ И СЕЛЕКТИВНЫЕ СВОЙСТВА СМЕШАННОГО СЛОЯ «АССОЦИИРОВАННЫЙ ЖИДКИЙ КРИСТАЛЛ + НЕЗАМЕЩЕННЫЙ β-ЦИКЛОДЕКСТРИН» НА УГЛЕРОДНОЙ ПОДЛОЖКЕ

Быков Е.С., научный руководитель Копытин К.А.

(Самарский государственный университет)

Изучению избирательного связывания, в том числе за счет образования комплексов включения, уделяется особый интерес, поскольку адсорбционные/сорбционные системы, основанные на данном эффекте, позволяют разделять сложные смеси веществ и энантиомеров с высокой селективностью. Включение в архитектуру монослоев, смешанных слоев или мультислоев макроциклических соединений, таких как циклодекстрины и их аналоги, а также жидких кристаллов может позволить совместить высокую упорядоченность с возможностью молекулярного распознавания в условиях газовой хроматографии. Предположено, что при попытке получения последовательно нанесенных слоев жидкого кристалла 4-(2-гидроксиэтилокси)-4’-цианоазоксибензола с полярными терминальными заместителями (ГЭОЦАБ) и незамещенного β-ЦД на углеродном адсорбенте происходит смешение двух компонентов с образованием двухкомпонентного слоя. Смешанный слой ГЭОЦАБ+β-ЦД сильно экранирует поверхность адсорбента CpY, на что указывает характер изменения термодинамических характеристик адсорбции исследованных соединений. Вместе с тем, сравнения сорбционных и селективных свойств адсорбентов CpY, CpY/ГЭОЦАБ и CpY/ГЭОЦАБ+β-ЦД позволяет сделать вывод о сильном влиянии макроциклической добавки и возникновении сильного взаимодействия «адсорбат – макроцикл».

ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА ЭКСТРАКТОВ ПЛОДОВ РЯБИНЫ ЧЕРНОПЛОДНОЙ (Arónia melanocárpa) В СРЕДЕ СУБКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЫ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Рузов И.А.,

научные руководители: проф. Платонов И.А.¹, асп. Павлова Л.В.¹, проф. Бахарев В.В.²

(¹Самарский государственный аэрокосмический университет ² Самарский государственный технический университет)

Изучены возможности получения экстрактов из плодов рябины черноплодной (Arónia melanocárpa) сравнительно новым методом экстракции биологически активных соединений (БАС), где в качестве экстрагента используется субкритическая вода. Экспериментальную работу по экстракции из плодов рябины черноплодной проводили в динамическом режиме экстракции субкритической водой при температурах 120°С, 160°С и 200°С при давлении 5.0 МПа с использованием разработанной ранее установки.

Полученные экстракты анализировались методом УФ- и ИК-спектроскопии для определения характеристических полос поглощения. Для оценки общего выхода нелетучих соединений определяли сухой остаток каждой фракции полученных экстрактов. Произведена идентификация летучих органических соединений методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием.

Полученные результаты говорят о возможности получения экстрактов плодов рябины черноплодной различного состава, в зависимости от поставленной задачи, кроме этого извлечение БАС плодов рябины черноплодной с помощью субкритической воды позволяет рассматривать полученные экстракты в качестве безопасной биологически активной добавки к пищевым продуктам.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ НИТРОБЕНЗОЛА НА МЕДНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ

Иванилова Е.Ю., Каленик О.В., научный руководитель м.н.с. Бекин В.В.

(Тольяттинский государственный университет)

Катализатор получен электролитическим осаждением меди на сетку из нержавеющей стали, содержание меди в катализаторе 75%. Восстановление нитробензола до анилина проведено в жидкой фазе при температуре 50°С в качестве восстановителя использовали борогидрид натрия. Загрузка катализатора в пересчете на медь 10% от массы нитробензола. Определения состава реакционных смесей проведено газово-хроматографическим методом, состав продуктов установлен по данным хромато-масс-спектрометрии. В течение нескольких часов конверсия нитробензола достигает 99% с селективностью реакции по анилину в 98%.

Таким образом, полученный катализатор показал высокую эффективность в данной реакции. К преимуществу описанного катализатора следует отнести его низкую себестоимость, низкое гидродинамическое сопротивление и высокую теплопроводность.

Исследование влияния низкотемпературного спекания на размер зерна прессованных брикетов из никелевого и алюминиевого порошка

Четвертков В.А., научный руководитель доц. Е.А.Носова

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

Проведён расчёт режимов отжига порошковых брикетов из никеля и алюминия, обеспечивающих их тонкодисперсную структуру при спекании. Установлено, что укрупнения зерна по сравнению с размером частиц исходного порошка не происходит при условии деформирования никеля со степенью ε=20%, нагрева до температуры Т = 600^ОС, выдержке τ = 15…20 минут. Для достижения этих же показателей режимы обработки алюминия должны быть следующие: ε=20%, Т=300^ОС, =12…18 минут. Обычно температуры спекания для никеля Тсп=1000…1100^ОС, алюминия составляет Тр=473…476^ОС, при которых наблюдается укрупнение зерна брикета по сравнению с размером частиц исходного порошка.

С помощью ситового анализа определён гранулометрический состав исходных порошков, который оказался следующим: никель представлен в основном фракциями <63 мкм - 40,03%, < 56 мкм - 30,8%, >56 мкм - 25,02%; алюминий - < 120 мкм - 84,3%, <80 мкм - 4,44%, < 63 мкм- 9,9. Остальные фракции имеют долю 1% и менее.

Проведено прессование и спекание брикетов при температурах: из никелевого порошка Тсп=600^ОС, из алюминиевого Тсп=300^ОС соответственно, после чего были изготовлены микрошлифы для микроанализа размера зерна. Размер зерна никеля – (0,065±0,005) мм, алюминия – (0,13±0,03) мм. Таким образом, после низкотемпературного спекания порошковых брикетов по рассчитанным режимам для алюминия и никеля не произошло укрупнения зерна.

ОСОБЕННОСТИ АДСОРБЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НА УГЛЕРОДНОМ АДСОРБЕНТЕ, МОДИФИЦИРОВАННОМ МОНОСЛОЕМ ЧАСТИЧНО МЕТИЛИРОВАННОГО β-ЦИКЛОДЕКСТРИНА

Сидор В.И., Абрамова Н.Е. научный руководитель Кудряшов С.Ю.

(Самарский государственный университет)

В работе методом обращенной газо-адсорбционной хроматографии изучены сорбционные и селективные свойства углеродного адсорбента Carbopack Y (CpY), на поверхность которого в виде монослоя нанесен макроциклический модификатор – гептакис(2,6-ди-О-метил)-β-циклодекстрин (Ме_2,6-β-ЦД). На основании экспериментальных значений констант Генри при различных температурах были рассчитаны теплоты адсорбции и изменения энтропии . Проведено сравнение полученных данных с ранее полученными величинами на адсорбентах CpY и CpY/Ме-β-ЦД (монослой полностью метилированного β-ЦД). Установлено, что модифицирование CpY метилпроизводными β-ЦД усиливает межмолекулярные взаимодействия "адсорбат – адсорбент", что выражается в увеличении теплот адсорбции , кроме того приводит к возрастанию (по абсолютной величине) изменения энтропии по сравнению с исходным адсорбентом, что свидетельствует о локализации адсорбции вследствие включения молекул адсорбатов в полости молекул модификаторов, причем на прочность образованных комплексов существенное влияние оказывают размеры и пространственное строение молекул адсорбатов, а также степень замещения гидроксильных групп в молекуле β-ЦД метильными группами.