ФХ-2023

В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, А.И. Кулак
ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»

Аннотация: На кальцийфосфатной пенокерамике, состоящей из α/β- трикальцийфосфата и β-пирофосфата кальция, в модельных растворах Simulated Body Fluid стандартного состава и не содержащем гидрокарбонат-ионов сформирован биомиметический апатит. Фазовый состав апатита определяется составом используемого для выдерживания раствора Simulated Body Fluid. Смещение равновесия в модельном растворе при взаимодействии кальцийфосфатной пенокерамики с ионами среды приводит к осаждению апатита в виде агрегированных частиц. Избыточное содержание Н⁺-ионов в бескарбонатном Simulated Body Fluid приводит к резким колебаниям величины рН и включению в сферолиты апатита примесного гидратированного СaClH₂PO₄. Увеличение времени выдерживания в модельных растворах Simulated Body Fluid до 21-28 суток приводит к укрупнению сферолитов апатита до 5-6 мкм. Морфология поверхности пенокерамики после осаждения апатитов изменяется незначительно с малым уменьшением сквозной пористости на 1-3% и повышением статической прочности в два раза за счет залечивания микродефектов пенокерамической структуры.
Ключевые слова: кальцийфосфатная пенокерамика, трикальцийфосфат, SBF (Simulated Body Fluid), биомиметический апатит, сферолиты

А.Н. Заритовский¹, Е.Н. Котенко¹, С.В. Грищук¹, В.А. Глазунова², Г.К. Волкова^2
1 ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
² ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина»

Аннотация: Растущий спрос на углеродные нанотрубки, являющиеся типичными представителями класса углеродных наноматериалов и обладающие уникальными физико-химическими свойствами, вызывает необходимость поиска доступных и возобновляемых углеводородных ресурсов для их получения и разработки энергоэффективного и высокопроизводительного метода синтеза. В работе рассмотрены вопросы перспективности использования лигноцеллюлозной биомассы и ее отходов в качестве источника углерода для синтеза углеродных нанотрубок в микроволновом каталитическом пиролизе, подчеркивается целесообразность исследований в данном направлении. Отмечается, что одним из параметров, отвечающих за протекание процесса пиролитического синтеза углеродных нанотрубок, является концентрация поглотителя микроволнового излучения, определяющая температуру пиролиза. Изучено влияние изменения концентрации микроволнового поглотителя в реакционной смеси на каталитический синтез многостенных углеродных нанотрубок в процессе микроволнового пиролиза целлюлозы. Показано, что изменение содержания микроволнового акцептора от 10 до 30% сопровождается увеличением концентрации многостенных углеродных нанотрубок разупорядоченной морфологии в реакционной смеси. Высказано предположение о двухстадийном процессе пиролизасинтеза. Рассмотрены результаты просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа полученных продуктов.
Ключевые слова: растительное сырьё, углеродные нанотрубки, целлюлоза, микроволновые поглотители, концентрация, микроволновая обработка, пиролиз

О.А. Голованова, И.А. Томашевский
ФГАОУ ВО «Омский государственный университет имени Ф.М. Достоевского»

Аннотация: В данной работе изучено влияние аминокислот в составе желчи на образование разных модификаций карбоната кальция (арагонит, ватерит, кальцит). В работе синтезировано 22 образца карбоната кальция в растворе желчи при варьировании концентраций аминокислот (гистидин, метионин, аргинин и триптофан). Для аминокислот метионина и аргинина доказан их стабилизирующий эффект по отношению к метастабильному арагониту: с ростом их концентрации в желчи происходит увеличение массовой доли арагонита в составе твёрдой фазы. Оптическая микроскопия показала присутствие сферолитов ватерита во всех полученных порошках. Результаты фотонной корреляционной спектроскопии коррелируют с данными рентгенофазового анализа. Показано, что микрочастицы карбоната кальция радиусом менее 10 мкм представлены тремя фракциями. Показано, что синтезы с участием гистидина и триптофана, в которых с ростом концентраций аминокислот наблюдается увеличение доли мелкоразмерной фракции и снижение доли крупноразмерных. Таким образом, все исследованные аминокислоты имеют потенциальную возможность использования их в качестве медицинских препаратов для лечения и профилактики нанохолелитиаза.
Ключевые слова: желчные камни, кристаллизация, карбонаты кальция, аминокислоты, добавки, ватерит, радиус, морфология

О.А. Голованова, В.М. Киселев
ФГАОУ ВО «Омский Государственный Университет имени Ф.М. Достоевского»

Аннотация: Впервые разработана физико-химическая модель образования малорастворимых соединений в нефроне почки на основе математического описания реактора идеального вытеснения. В результате моделирования установлено, что при физиологических условиях в норме образование твердой фазы не является доминирующим процессом, что объясняет факт отсутствия кристаллических образований в почках у здоровых людей. Увеличение концентрации осадкообразующих ионов, соответствующее определенным состояниям организма человека, приводит к возникновению локальных высоких пересыщений на отдельных участках нефрона, что может приводить к образованию зародышей твердой фазы, их закреплению и дальнейшему росту. Показано, что расчеты материальных балансов, движения потоков, а также концентрационные профили компонентов в нефроне определяют возможность прогнозирования поведения модельной системы при вариации параметров и условий, влияющих на протекание процесса кристаллизации (концентрация, расход жидкости, гидродинамический режим и т.д.), что позволит разрабатывать эффективные методы профилактики и лечения мочекаменной болезни, в том числе и растворения уже сформировавшихся агрегатов.
Ключевые слова: кристаллизация, оксалаты кальция, физиологический раствор, модель, реактор идеального вытеснения, нефрон, материальный граф

А.А. Блинова¹, Е.С. Кастарнова², М.А. Пирогов¹, Е.С. Кузнецов³, П.С. Леонтьев¹, Д.Д. Филиппов^1
1 ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
² ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет»
³ ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет»

Аннотация: В данном исследовании с помощью квантово-химического моделирования было проведено определение оптимальной конфигурации молекулярной системы «наночастицы силиката марганца — незаменимая аминокислота». Для начала проводилось квантово-химическое моделирование отдельных молекул силиката марганца и незаменимых аминокислот, после проводилось моделирование молекулярных систем «наночастицы силиката марганца-незаменимые аминокислоты», в которых атом кислорода, присоединённый к атому кремния в силикате марганца, соединялся с ионизированной аминогруппой аминокислоты. В результате установлено, что молекулярные системы «наночастицы силиката марганца-незаменимые аминокислоты» являются энергетически выгодными и химически стабильными. На основе полученных данных можно сделать вывод, что оптимальной конфигурацией данных молекулярных систем является взаимодействие силиката марганца с лизином через ионизированную α-аминогруппу лизина. Данная молекулярная система обладает наибольшими значениями разницы полной энергии (ΔE = 73,268 ккал/моль) и химической жёсткости (η = 0,144 эВ), которые являются показателями энергетической выгоды и химической стабильности молекулярной системы. После путём смешивания ацетата марганца, L-лизина и силиката натрия были получены наночастицы силиката марганца, стабилизированные L-лизином.
Ключевые слова: наночастицы силиката марганца, незаменимые аминокислоты, квантово-химическое моделирование, лизин, ИК-спектроскопия

А.В. Блинов¹, А.Б. Голик¹, А.А. Гвозденко¹, Е.С. Кастарнова², В.А. Оробец², А.А. Яковенко¹, Т.Н. Бахолдина^1
1 ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
² ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет»

Аннотация: Разработана биологически активная наносистема на основе рибофлавина, микроэлемента меди и аминокислоты – лизина – лизинаторибофлавината меди. Полученный образец биологически активной добавки был исследован комплексом современных методов анализа, а именно: спектрофотометрией, сканирующей электронной микроскопией, спектрофотолюминесцентной спектроскопией, а также проведено компьютерное квантово-химическое моделирование. Установлено, что наиболее энергетически выгодной моделью биологически активной наносистемы на основе рибофлавина, микроэлемента меди и лизина является модель, в которой рибофлавин связан с ионом меди через енольный кислород у С₂ и соседнего гетероатома азота N₃, а лизин связывается с ионом меди через карбоксильную и аминогруппу в α-положении. В результате анализа микрофотографий биологически активной наносистемы на основе рибофлавина, микроэлемента меди и аминокислоты лизина установлено, что частицы имеют игольчатую структуру, ширина отдельных кристаллов составляет от 100 до 300 нм, а длина достигает нескольких микрон. Данные энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии биологически активной наносистемы на основе рибофлавина, микроэлемента меди и аминокислоты лизина совпадают с теоретическими представлениями о строении рассматриваемых элементов. Анализ не показал наличия примесных соединений, что может позволить судить о высокой чистоте разработанного соединения.
Ключевые слова: микроэлемент медь, незаменимые аминокислоты, квантовохимическое моделирование, витамин В2

С.А. Бибанаева, В.М. Скачков
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Аннотация: Работа посвящена изучению возможности применения синтетических алюмосиликатных цеолитов, полученных из оборотных растворов глиноземного производства гидрощелочным способом, в качестве сорбентов ионов тяжелых металлов (меди, цинка и железа), а также ионов фтора и хлора из слабокислых водных растворов. В качестве образцов сравнения были использованы в тех же условиях природный цеолит и графит. Изучен химический качественный и количественный состав, морфология исходных реагентов и полученных растворов. Установлено, что синтетический цеолит проявляет сорбционные свойства в отношении ионов тяжелых металлов, превышающие показатели в тех же условиях для объектов сравнения. Также положительные результаты получены при проведении сорбции ионов хлора и фтора. Проведенные исследования позволяют рекомендовать полученные образцы для дальнейших исследований с целью введения его не только для извлечения различных ионов из водных растворов, но и применения в различных отраслях.
Ключевые слова: очистка, синтетический цеолит, сорбция, тяжелые металлы, алюмосиликат

С.А. Бибанаева, Е.А. Богданова, И.М. Скачков
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Аннотация: В статье обсуждается возможность получения композиционных материалов на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора, и синтетических цеолитов путем механохимичекого синтеза. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного, количественного состава композита и режимов температурной обработки на протекание процессов спекания, прочностные характеристики исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец на основе гидроксиапатита, содержание армирующей добавки в котором составляет 15 масс.%. Также установлено, что композит гидроксиапатит-цеолит проявляет сорбционные свойства в отношении тяжелых металлов и фтора. Проведенные исследования позволяют рекомендовать полученные образцы для дальнейших исследований с целью введения его не только в медицинскую практику, но и как сорбционный материал для извлечения ионов из водных растворов.
Ключевые слова: гидроксиапатит, синтетический цеолит, композиционные материалы, микротвердость, сорбция

Д.В. Белов^1,2, С.Н. Беляев^1,2, П.А. Юнин², А.А. Назаров^2
1 ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»
² Институт физики микроструктур – филиал ИПФ РАН

Аннотация: В работе исследована биокоррозия сплавов алюминия Д16Т и АМг6 в условиях воздействия микроскопических грибов. Показано, что микромицеты продуцируют активные формы кислорода – супероксидный анион-радикал, пероксид водорода, инициирующие биокоррозию металлов. Методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии определен состав продуктов биокоррозии Д16Т и АМг6 после экспозиции сплавов на газоне консорциума микромицетов. Проведено рентгенофазовое исследование продуктов биокоррозии сплавов. Сканирующей электронной микроскопией и рентгенодифракционным анализом показано образование наноразмерных и субмикронных кластеров меди. Предложен физико-химический механизм биокоррозии сплавов алюминия микроскопическими грибами. Высказано предположение о механизме работы систем «нульвалентный металл – пероксид водорода», которые могут запускать каскад реакций, ведущих к деструктивному окислению металлов. В работе дана попытка объяснения роли биопленок сообщества микроскопических грибов как основного фактора микологической коррозии металлов.
Ключевые слова: биокоррозия, микробиологическая коррозия, сплавы алюминия Д16Т, АМг6, нульвалентный алюминий, нульвалентная медь, микроскопические грибы, активные формы кислорода, супероксидный анион-радикал, пероксид водорода, кластеры меди

З.В. Шомахов¹, С.С. Налимова², А.А. Рыбина², С.С. Бузовкин², З.Х. Калажоков¹, В.А. Мошников^2
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
² ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Аннотация: В настоящее время адсорбционные газовые сенсоры представляют большой интерес для мониторинга состояния окружающей среды. Среди подходов к улучшению их свойств выделяют синтез наноструктурированных материалов различной формы и модифицирование химического состава оксидов металлов. Целью этой работы является разработка способов улучшения сенсорных свойств наностержней оксида цинка за счет изменения структуры поверхности при обработке в растворах соединений олова и железа, а также добавлении дополнительных прекурсоров непосредственно при их синтезе. Слои, состоящие из наностержней оксида цинка, получены гидротермальным методом. На их основе синтезированы тройные оксидные наносистемы Zn-Sn-O и Zn-Fe-O при обработке наностержней оксида цинка в растворах, содержащих станнат калия и сульфат железа, соответственно. Также наностержни были получены синтезом из раствора, содержащего, помимо основных прекурсоров, бромид натрия. Химический состав поверхности проанализирован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Сенсорные свойства исследованы при детектировании паров ацетона, изопропанола и метанола. Показано, что сенсорный отклик полученных образцов превышает отклик исходных наностержней оксида цинка. Наилучшим откликом обладают образцы тройной оксидной системы Zn-Sn-O. Улучшение сенсорного отклика может быть связано с увеличением содержания адсорбированных ионов кислорода на поверхности образцов, наличием катионов металлов с разными свойствами, а также образованием гетеропереходов.
Ключевые слова: газовые сенсоры, оксиды металлов, наноматериалы, оксид цинка, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, адсорбционные центры