Информационно-аналитический комплекс в области химии и технологии сверхкритических флюидов

• Автор: Гуриков, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Сверхкритические флюиды

1.1.1. Свсрхкритическое состояние вещества и свойства СКФ.

1.1.2. Применение СКФ.

1.2. Аэрогели на основе диоксида кремния

1.2.1. Основные свойства аэрогслей

1.2.2. Золь гель метод

1.2.3. Сушка влажного геля

1.3. Обзор методов математического моделирования
1.3.1. Модели растворимости вещества в СКФ
1.3.2. Моделирование структуры пористых тел.
1.3.3. Клеточные автоматы как модели физикохимических систем
1.4. Постановка задачи
Глава 2. Экспериментальные исследования.
2.1. Требования к экспериментальным исследованиям.
2.1.1. Требования к определению растворимости
2.1.2. Требования к адсорбционным экспериментам
2.2. Конструкция сверхкритического реактора.
2.3. Технологическая схема установки
2.4. Измерение растворимости
2.5. Вычисление величины растворимости
2.6. Получение гелей и их сверхкритическая сушка
2.7. Гидрофобизация аэрогеля
2.8. Адсорбция активных веществ аэрогелями
2.9. Аналитические исследования аэрогелей
2.9.1. Определение плотности.
2.9.2. Измерение удельной поверхности и распределения пор по
размерам ,
Глава 3. Разработка информационноаналитического комплекса
3.1. Разработка информационной системы для хранения и анализа результатов экспериментального определения растворимости.
3.1.1. Общая структура информационноаналитического комплекса
3.1.2. Разработка структуры БД
3.1.3. Типовые запросы
3.1.4. Графический интерфейс
3.1.5. Подсистема анализа данных
3.2. Развитие теории клеточных автоматов с окрестностью
Марголуса.
3.2.1 Двумерный клеточный автомат с окрестностью Марголуса
3.2.2. Развитие модели
3.2.2.1. Определение физического размера ячеек
3.2.2.2. Построение двумерной модели структуры аэрогеля.
3.2.2.3. Размещение молекул активного вещества.
3.2.2.4. Межмолекулярный потенциал взаимодействия
Глава 4. Результаты моделирования с использованием ИАК.
4.1. моделирование
4.1.1. Выборка соединений
4.1.2. Прогнозирование растворимости индивидуального вещества на основании эмпирических моделей.
4.1.3. Линейная регрессионная модель.
4.1.4. Применение классификации для улучшения предсказательных свойств модели.
4.1.5. Построение дерева вариантов решений.
4.2. Исследование модели
4.2.1. Статистические свойства модели
4.2.2. Исследование классификационной задачи.
4.3. Результаты моделирования адсорбции
4.3.1. Общая характеристика активных веществ.
4.3.2. Определение размера ячейки КА кетопрофен.
4.3.3. Определение размера ячейки КА флюрбипрофен.
4.3.4. Структура пористого тела
4.3.5. Начальная конфигурация ячеек и ее эволюция
4.3.6. Определение потенциала взаимодействия.
4.3.7. Исследование эволюции КА
4.3.7.1. Стремление к равновесию.
4.3.7.2. Независимость положения равновесия
4.3.7.3. Инвариантность положения равновесия относительно
изменения размеров поля
4.3.8. Сравнение экспериментальных и модельных изотерм адсорбции.
Выводы.
Список литературы


Расплавленный препарат или полимер смешивается с флюидом и распыляется через узкое сопло. Флюид удаляется в виде газа, и образуются твердые микрочастицы комбинированного препарата []. Аэрогель - макроскопический кластер, состоящий из микро- и наночастиц, как правило сферической формы, соединенных между собой химическими связями [, ]. Вещество, образующее каркас кластера, занимает малую часть объема (0,2 - %), оставшийся объем приходится на поры (рис. В этом смысле поры представляют собой пустоты между частицами (глобулами), заполненные воздухом, что отражено в первой части названия «аэрогель». Уже первые образцы аэрогеля диоксида кремния, полученные Кистлером в -е годы прошлого века, имели плотность до г/л [], а полученные сейчас образцы демонстрируют плотность, на порядок меньшую [ - ]. В настоящее время получены аэрогели на основе элементарного углерода [, ], индивидуальных оксидов (кремния, алюминия, титана, германия) [], их композиций, а также множества органических полимеров (альгинатов, фенолформальдегидных смол и пр. Говоря далее об аэрогелях, будем иметь ввиду прежде всего аэрогели из диоксида кремния. Рис. Удельная площадь внутренней поверхности аэрогеля находится в пределах 0 - м2/г [, , ]. Фрактальная размерность структуры О = 2, ±0, [,,]. Рис. Схематическое пред- Рис. Распределение пор по размерам (рис. Установлено, что частицы, образующие каркас аэрогеля приблизительно монодисперсны и могут иметь диаметр от 2 до нм, что определяется условиями проведения золь-гель процесса. На рис. СЭМ) в одинаковом масштабе [, ]. Обращает на себя внимание то, что размеры глобул существенно различаются. Исследования аэрогелей рентгенофазовым анализом показывают что вещество, образующее каркас, при комнатной температуре аморфно, а процессы кристаллизации протекают с заметной скоростью лишь при температурах 0 - 0° С [, ]. Сравнение результатов малоуглового рассеяния рентгеновского излучения и азотной работ порометрии [, ], говорит о том, что поры в аэрогелях является открытыми. В зависимости от способа получения аэрогель может быть получен в виде прозрачных монолитов (рис. При увеличении времени протекания процесса гелеобра-зования прозрачность образца существенно повышается []. Рис. Теплопроводность аэрогеля относительно мала. Для интервала температур 0 - 0° С коэффициент теплопроводности составляет - мВт/м2К [], что меньше соответствующего значения для воздуха ( мВт/м2К) []. Следует различать аэрогели диоксида кремния и силикагели (ксероге-ли). При сравнимой площади внутренней поверхности пор, образцы аэрогелей имеют на два порядка меньшую плотность, что связано с большим количеством мезо- и макропор (так называемых транспортных пор) []. Также для аэрогелей характерна отмеченная выше структура с открытыми порами. Эти факторы существенно улучшают транспортные свойства аэрогелей, что чрезвычайно полезно в практических приложениях. В настоящем разделе будет кратко рассмотрен золь-гель метод, являющийся основным при получении гелей диоксида кремния. Золь-гель метод (ЗГМ) является так называемым «мокрым» химическим синтезом, основными стадиями которого являются образование золя в растворе в ходе реакций гидролиза и конденсации, гелеобразование и сушка, необходимая для удаления растворителя из структуры []. Как правило, проводя классификацию золь-гель процессов, в первую очередь выделяют одно- и двухстадийные []. В одностадийном процессе прекурсор (вещество, содержащее кремний и способное к гидролизу), например, тетраэтоксисилан (ОС2Н5)4 (ТЭОС) в водном или спиртовом растворе подвергается гидролизу в присутствии кислоты или основания в качестве катализатора. Одновременно с реакцией гидролиза (1. В ходе процесса вязкость смеси непрерывно повышается, и она превращается в гель. С практической точки зрения следует отметить, что тетраалкоксисиланьт практически не смешиваются с водой [], поэтому в реакционную смесь следует добавлять различные органические растворители (спирты, ацетон, диоксан, тет-рагидрофуран и пр. ОІІ + НО - 5/ <->= 5/ - О - 5/ = --ROH = -ОЯ+ЯО-5/ <Э-?