Физико-химические основы методов разделения и глубокой очистки веществ и изотопов

С помощью метода молекулярной динамики рассчитаны изотермы адсорбции метана, криптона, ксенона на активных микропористых углях в широком интервале температур. Показано, что рассчитанные изотермы количественно совпадают с экспериментальными и, таким образом, физический эксперимент может быть заменен численным. На основании рассчитанных изотерм произведен расчет термодинамических функций адсорбционных процессов. Изучено обнаруженное новое явление образования различных стационарных состояний при набухании сшитых полиэлектролитов и ионообменных смол на их основе, которые широко используются в процессах разделения и очистки веществ. Показано, что различные степени набухания сшитых полиэлектролитов наблюдаются для полиакриловых и полиметакриловых полимеров в форме двухзарядных ионов в одних и тех же растворах, когда к равновесному состоянию системы приводятся по различным траекториям. Это явление преимущественно проявляется в концентрированных растворах. Влияние этого явления на ионообменную селективность не обнаружено. Сделан вывод, что причиной возникновения различных стационарных состояний полимера является различие в надмолекулярной упаковке. Исследована кинетика набухания ряда полимерных гелей, направленных на поиск и синтез полимеров, пригодных для создания фотонных кристаллов. Разработаны методики упаковки гранул в фотонных кристаллах. Изучено влияние способа модифицирования поверхности ультрадисперсного алмаза на энергию и селективность адсорбции на нем соединений различной природы и строения. Изучены физико-химические закономерности адсорбции водорастворимых витаминов на ультрадисперсном алмазе. На основании данных по изучению закономерностей адсорбции тестовых ионогенных сорбатов на поверхности ультрадисперсного алмаза предложен механизм адсорбции ионогенных ароматических соединений сложного химического строения (водорастворимых витаминов) на поверхности сорбента. С использованием этих данных оптимизировано разделение модельной смеси исследуемых водорастворимых витаминов. При этом полное разделение достигнуто в изократическом режиме элюирования менее чем за 15 мин. Показана перспективность применения ультрадисперсного алмаза в качестве сорбента для твердофазной экстракции и концентрирования водорастворимых витаминов В₂, В₆ и В₁₂. Исследованы закономерности адсорбции водо- и жирорастворимых витаминов на сорбентах различной природы с использованием метода фронтальной хроматографии. Предложены пути оптимизирования условий концентрирования и очистки витаминов из реальных объектов на сорбентах различной природы. При изучении сорбции пленками промышленного стереорегулярного изотактического полипропилена марки 01030 органических веществ различной фильности обнаружен новый эффект – реверсивная сорбция. Последняя отличается от десорбции тем, что сорбируется один сорбат, а второй выходит из пленки в виде комплекса сорбируемого вещества с фрагментом импрегнированной примеси, которая делокализуется вследствие набухания полимера. Обнаруженный эффект представляет интерес для очистки пленки от примесей катализатора, ставшего ненужным после завершения синтеза полимера. Начато исследование взаимодействия суперзаряженных поликатионов, содержащих две четвертичные аминогруппы в каждом звене, с нуклеиновыми кислотами в растворах. Показано влияние расстояния между зарядами, находящимися в одном звене, и степени алкилирования поликатиона на устойчивость полиэлектролитных комплексов суперзаряженных поликатионов с ДНК в водно-солевых растворах, а также на способность таких комплексов к трансфекции (совместно с сотрудниками ФГБНУ "НИИВС им. И.И. Мечникова"). Теория Дебая-Хюккеля для растворов электролитов обобщена с учетом зависящей от концентрации статической диэлектрической проницаемости раствора. Проведены расчеты активностей компонентов водных растворов хлоридов щелочных металлов от LiCl до CsCl при 298 К с использованием экспериментальных значений статической диэлектрической проницаемости растворов, полученных методом диэлектрической спектроскопии. Расчеты без использования подгоночных параметров показали полуколичественное согласие с экспериментальными данными, воспроизведя немонотонный ход зависимости коэффициентов активности от концентрации, а также правильный порядок расположения кривых этих зависимостей для разных солей. Для растворов LiCl согласие с экспериментальными данными наблюдается вплоть до концентрации 10 моль/кг. Результаты могут быть использованы для разработки теоретических основ получения материалов на основе водно-солевых систем. Проведена модернизация экспериментальной установки для измерения статической диэлектрической проницаемости жидких систем. Она позволит получить ряд новых экспериментальных данных о дипольных моментах многоатомных спиртов вторым методом Дебая. Выполнены работы по обновлению и тестированию предложенных программ для вычисления дипольных моментов молекул по уравнениям Гуггенгейма, Смита, Беттхера, Полита.