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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
На протяжении десятилетий Тель-Авив воздерживался от этого шага, чтобы не испортить отношения с Турцией. Но после действий Израиля 2023-2026 годов официальная Анкара, как и множество государств мира, неоднократно осуждала Израиль, из-за чего изменилась и его позиция по геноциду.
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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