В ЮФУ ускорят синтез материалов для химической промышленности
Коллектив ЮФУ разработал инновационную микрофлюидную систему, способную работать под высоким давлением и контролировать состояние катализатора и продукты с помощью спектральных методов. Эта инновационная разработка открывает новые возможности для более быстрого и эффективного синтеза материалов, используемых в клеях, высокоэффективных пластмассах, растворителях и моющих средствах.
Синтез химических соединений — это процесс создания новых веществ из исходных материалов. Существует множество способов управлять параметрами химической реакции, из которых наиболее перспективным является микрофлюидика. Микрофлюидные технологии ориентированы на управление потоками жидкостей и газов на микроскопическом уровне внутри капилляров с диаметром менее одного миллиметра.
В отличие от традиционных методов синтеза в колбе, микрофлюидика позволяет работать с объёмами реагентов в диапазоне от микролитров до пиколитров, осуществлять быстрое перемешивание (порядка миллисекунд) и увеличивать площадь контакта двух несмешивающихся фаз (например, газ-жидкость). Благодаря этому создаются материалы с очень точным контролем состава, морфологии, структуры.
«Прежде всего, микрофлюидика как метод синтеза имеет много преимуществ перед традиционными методами. Она позволяет точно контролировать условия реакции, такие как давление, температура и скорость потока, что улучшает кинетику реакции и увеличивает выход продукта. Использование даже взрывоопасных смесей газов является безопасным в условиях тонких капилляров. Высокое давление и большая площадь контакта с жидкостью повышают эффективность насыщения раствора молекулами синтез-газа и тем самым ускоряют химическую реакцию. Кроме того, некоторые реакции протекают только при высоких давлениях и температурах, например гидроформилирование, которое ранее не исследовалось в этом режиме с помощью рентгеноспектральных методов», – отметил постдок ЮФУ из Египта Еид Махмуд Эльсайед Абдельазиз.
Махмуд Эльсайед Абдельазиз — молодой ученый родом из Египта. С октября 2023 года он активно работает в Международном исследовательском институте интеллектуальных материалов ЮФУ по программе постдоков в рамках Программы развития «Приоритет-2030»(нацпроект «Наука и университеты») и под руководством доктора физико-математических наук Александра Гуды.
Тематика его исследования связана с проектом «Форсаж материалов» федеральной программой «Приоритет-2030», в рамках которой он занимается расширением области применимости микрофлюидных систем на высокие давления. Совместно с коллегами из МИИИМ и МГУ (группа кандидата химических наук Д. Горбунова) Махмуд Эльсайед Абдельазиз разработал новую микрофлюидную систему и ячейку для проточной диагностики реакционной смеси методами рентгеновской и Рамановской спектроскопии. Эта разработка обладает рядом ключевых особенностей, которые отличают её от существующих аналогов.
Система построена на химически инертных капиллярах, изготовленных из материала PEEK, и обеспечивает постоянное и стабильное давление в процессе синтеза за счет специального регулятора обратного давления, который является модернизацией зарубежного коммерческого аналога, реакции гидроформилирования [каталитическое присоединение, используемое для производства альдегидов из алкенов]. Ячейка in-situ диагностики является универсальной и позволяет контролировать как состояние катализатора методом спектроскопии рентгеновского поглощения (XAS), так и концентрацию продуктов реакции методами Рамановской спектроскопии. Ячейка in situ измерений, а также высокоточные шприцевые насосы для подачи реагентов под давлением были изготовлены в институте.
«Система обладает рядом преимуществ: она ускоряет кинетику реакций, обеспечивает равномерное перемешивание, снижает риск опасных реакций и позволяет получать немедленную обратную связь. Эти характеристики делают ее особенно полезной в производстве альдегидов и спиртов, используемых в дальнейшем во многих отраслях химического производства при производстве растворителей и моющих средств», – отметил доктор физико-математических наук, доцент, заместитель директора МИИ ИМ ЮФУ Александр Гуда.
Научная работа, опубликованная в журнале Q1 Industrial & Engineering Chemistry Research, описывает успешное применение системы для анализа каталитической реакции в присутствии комплексов Rh/амин, активных в восстановительном гидроформилировании олефинов с получением спиртов. Как показали экспериментальные исследования и теоретическое моделирование, в условиях гидроформилирования наличие аминов препятствует формированию нанокластеров родия и приводит к образованию мономеров и димеров родия, координированных атомом азота.
На следующем этапе проекта ученые планируют создание металлического газожидкостного сепаратора для отбора проб под высоким давлением и использование комбинационного рассеяния света in situ для скрининга параметров реакции. Обновления позволят проводить сотни измерений за короткие сроки, что позволит использовать методы машинного обучения для управления параметрами реакций.
Махмуд Эльсайед Абдельазиз также отметил, что созданные в МИИИМ ЮФУ условия сыграли важную роль в поддержке данного исследования, предоставив необходимые ресурсы и благоприятную среду для работы. В институт его пригласил профессор, доктор физико-математических наук, заведующий фронтирной лабораторией рентгеноспектральной нанометрологии Центра наукоемкого приборостроения ЮФУ, научный руководитель направления «Науки о материалах и синхротронно-нейтронные исследования» ЮФУ Александр Солдатов для участия в разработке новых подходов к ускоренному производству функциональных материалов под управлением искусственного интеллекта.
Работа в ЮФУ позволила достичь значительных успехов в разработке и тестировании новой микрофлюидной системы, а её признание на международном уровне дополнительно подчеркивает актуальность инноваций в области микрофлюидики и их потенциал для продвижения исследований на стыке науки и промышленности, особенно в производстве специализированных химикатов.
Telegram 
Дзен 
VK Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
Международная группа ученых впервые определила природу необычных космических вспышек, которые оставались загадкой для науки на протяжении нескольких лет.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно