Русский Русский

Том 7 №2

Архив журнала Chemical Bulletin Том 7 №2

Оптимизация проточной части микрофлюидного канала

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-2-4-12
, ,
 4-12 стр.
Аннотация
В данной работе рассматриваются особенности оптимизации микрофлюидного канала. Микрофлюидный канал является ключевым компонентом микрореактора, его форма и особенности гидродинамического режима напрямую влияют на успешное протеканий проводимых в нём химических реакций. Микрофлюидная отрасль регулирует процессы, протекающие в малых объемах жидкостей – порядка нано литра и меньше. Она применима к различным областям, таким как микроэлектроника, фармацевтика, специальная химия и т.д. В качестве инструмента оптимизации использовали программу вычисли-тельного моделирования Comsol Multiphysics. Она основана на методе конечных элементов, который поз-воляет в точности моделировать задачи гидродинамического профиля. В данной статье рассмотрена простейшая форма микроканала – канал круглого сечения размером 0.75 мм со смесительной ячейкой. Приведено математическое моделирование процесса, определён критерий оптимальности, адекватный для поставленной задачи. В качестве одного из компонентов данного критерия использовали диодность – критерий, обуславливающий способность пропускать поток в прямом направлении при условии наличия обратного потока. В результате данной работы выявлена наиболее оптимальная форма канала микроре-актора, удовлетворяющая требуемым условиям процесса, получены основные гидродинамические пара-метры и определена зависимость диодности от используемого критерия.
PDF

Электрофильно-нуклеофильные и гидрофобные свойства поверхностно-модифицированных металлов

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-2-13-25
,
 13-25 стр.
Аннотация
Разработанный в Санкт-Петербургском горном университете метод наслаивания разноразмерных молекул аммониевых и кремнийорганических соединений на металлах – перспективный способ гидрофобизации и стабилизации поверхностных свойств дисперсных металлических материалов. Прове-дено сравнение гидрофобности образцов на основе порошка меди марки ПМС-1, обработанных в парах модификаторов в смесевом или последовательном режимах. Для физико-химического обоснования меха-низма гидрофобизации поверхности проведено квантово-химическое моделирование и оценка электро-фильно-нуклеофильных свойств изолированных молекул модификаторов в программном комплексе HyperChem, а также их адсорбционного взаимодействия с кластерной модельной поверхностью в про-граммном комплексе Gaussian 09. Установлено, что значения энергии адсорбции лежат в диапазоне 64–127 кДж/моль, что соответствует химическому взаимодействию молекул этилгидридсилоксана и чет-вертичных соединений аммония (ЧСА) с металлом. Установлено, что образцы, содержащие в поверх-ностном слое металла модификаторы с различными электрофильно-нуклеофильными свойствами харак-теризуются лучшей гидрофобностью, а также меньшим количеством гидрофильных центров поверхно-сти. Также, установлена ключевая роль ЧСА в гидрофобизации поверхности за счет обеспечения более сильного гетероатомного взаимодействия с металлической поверхностью и формирования подготови-тельного ЧСА-подслоя для структурно подобных функциональных групп.
PDF

Исследование сорбционных свойств диоксида кремния на основе вскрышных пород для извлечения красителей из сточных вод

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-2-26-42
 26-42 стр.
Аннотация
Статья представляет результаты исследования сорбционных свойств диоксида кремния, полученного из вскрышных пород, для применения при удалении метиленового синего – органического катионового тизианового красителя – из водных растворов. Целью исследования было оценить сорбционные свойства диоксида кремния и его эффективность при извлечении метиленового синего из водных растворов. Экспериментальные данные показали, что эффективность сорбции зависит от температуры, pH и скорости перемешивания. Установлено, что повышение pH и скорости перемешивания способствует уве-личению сорбции, в то время как повышение температуры снижает эффективность сорбции. Кроме то-го, исследована возможность регенерации диоксида кремния после сорбции и показано, что его сорбцион-ные свойства практически не изменяются после нескольких циклов использования. Максимальная сорбци-онная емкость составила 515,9 мкмоль/г. В ранее опубликованной статье при стандартных условиях мак-симум сорбционной емкости составил 438,22 мкмоль/г. Полученные результаты подчеркивают потенциал диоксида кремния как эффективного и устойчивого сорбента для удаления органических красителей из сточных вод. Таким образом, диоксид кремния может быть рекомендован для многократного использова-ния в процессах очистки сточных вод благодаря его высокой термической стабильности и долговечности.
PDF

Оптимизация типового процесса конденсации на примере синтеза изофорона в микроканале

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-2-43-52
, , ,
 43-52 стр.
Аннотация
Работа посвящена способу получения изофорона в микроканале. Проведена численная и экспериментальная оптимизация процесса получения изофорона в микроканале. Изофорон – ненасыщен-ный циклический кетон, широко использующийся в промышленности в качестве растворителя нитроцел-люлозных красок, а также в качестве промежуточного вещества для синтеза других соединений. Синтез проводили в микроканалах. Микроканалы представляют из себя каналы диаметром меньше 1 мм. Их ос-новная особенность – возможность проведения различных типов реакций, требующих высокие давления и температуры. За счёт небольшого внутреннего объёма, все процессы, протекающие в них, легко интен-сифицируются, можно достигать высокой точности и эффективности эксперимента. Варьировались такие параметры, как температура реакции и расход реагентов. Использовался новый подход к проведе-нию эксперимента, основанный на минимизации используемых параметров регулирования и правильному их комбинированию. Такой подход требует высокой точности и воспроизводимости результатов, поэтому лучшим выбором для таких задач являются микроканалы, используемые в данной работе. Разработана математическая модель реакции, основанная на системах уравнений разной сложности. Построены трехмерные и двухмерные контурные диаграммы, позволяющие визуализировать математическую модель процесса. Установлены наилучшие технологические параметры процесса.
PDF