КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 19-73-10074
НазваниеЭнергетические аспекты механохимической переработки полимеров растительного сырья
Руководитель Бычков Алексей Леонидович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-407 - Фундаментальные проблемы химической технологии
Ключевые слова механохимия, полимеры, энергетический выход механохимических процессов, ултраструктура, супрамолекулярное строение, эффективность, переработка, растительное сырьё, механохимические технологии
Код ГРНТИ31.25.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время отмечается увеличение интереса к использованию механохимических методов обработки материалов в технологических цепочках по переработке растительного сырья и сельскохозяйственной продукции. Особо прочные позиции механохимические методы занимают в нише получения компонентов функциональных, лечебно-профилактических и спортивных продуктов питания, содержащих нестабильные при нагревании вещества полифенольной и белковой природы – антиоксиданты, ферменты, витамины, некоторые пробиотики.
Научная проблема, решение которой предполагается в Проекте, заключается в практически полном отсутствии фундаментальных данных об энергетике механохимических процессов с участием веществ органической и биоорганической природы. Это приводит к тому, что новые механохимические технологии сталкиваются с большими трудностями при переходе с лабораторного уровня на (полу-) промышленный. Отсутствие фундаментальной базы не позволяет заранее оценить энергетическую эффективность технологии, комплексно и безотходно перерабатывать сырьё, вовлекать в процесс труднодоступные и нереакционноспособные вещества, повышать скорость, выход и селективность реакций. Исследователи вынуждены на своём опыте снова и снова приходить к очевидному выводу – энергия, которая требуется на измельчение (активацию) материала до одного и того же размера (поверхности, реакционной способности), может отличаться в несколько раз, в зависимости от выбора оборудования.
При этом имеющиеся к текущему моменту результаты в области измерения и математического моделирования энергозатрат на механохимическую обработку неорганических материалов не удовлетворяют потребности, возникающие при работе с нестабильными веществами, содержащимися в растительном сырье.
Заявляемый проект направлен на комплексное изучение физико-химических процессов, протекающих при механохимическом воздействии на отдельные природные полимеры и растительное сырьё в целом, на определение энергии, требующейся для протекания процессов. Решение данной задачи для ряда объектов с постепенно усложняющейся структурой позволит дать ответ на вопрос, по каким каналам релаксации расходуется энергия, передаваемая обрабатываемым материалам в процессе механического воздействия, а установленные физико-химические закономерности будут востребованы при решении смежных проблем химической технологии переработки природных полимеров.
Исследование процессов, протекающих в растительном сырье при механической и механохимической обработке, проводилось в основном классическими методами органической химии, химической технологии и даже ботаники. В настоящей работе предлагается рассмотреть растительное сырьё как композитный материал, состоящий из полимеров и имеющий несколько уровней структурной организации «молекула – супрамолекулярный комплекс – модельный материал – реальное сырьё» и применить к его изучению подходы и методы из химии полимеров, материаловедения, химии и физики твёрдого тела. Командой заявителей в течение последнего десятилетия накоплен большой опыт именно на данных стыках наук, разработаны оригинальные методики и подходы. В рамках предлагаемого исследования планируется провести обобщение имеющихся и планируемых к получению знаний.
Для достижения поставленных целей будут использованы как хорошо зарекомендовавшие себя в механохимии растительного сырья хроматографические, спектроскопические, рентгеновские методы, отражённые в отчётных публикациях предыдущих проектов РНФ, так и развиваемые коллективом авторов новые методы и методики – электронномикроскопическое исследование результатов механохимической обработки на уровне супрамолекулярных структур и оболочек клеток растительного сырья, математический анализ микрофотографий путем кластеризации структуры по признакам разупорядочения, фрактального анализа изображений с использованием новых нейросетевых самообучающихся алгоритмов, суперкомпьютерное моделирование энергии связывания и ИК-спектров. Будет продолжено междисциплинарное сотрудничество со специалистами математического, информационного, компьютерного, биологического, сельскохозяйственного и физиологического направлений.
Кроме того, для выполнения заявленного проекта создан уникальный электротехнический стенд, способный с частотой в 1 миллисекунду – что обеспечивает непрерывность регистрируемой кривой и точность интегрирования – детектировать характеристики электрического тока, потребляемого механохимическим оборудованием. Встроенный в стенд блок обработки позволяет точно определять количество энергии, затраченной на процесс, а также разделять параллельно протекающие процессы «холостого хода» оборудования, работу с загрузкой обрабатываемых веществ, начало и конец обработки.
Таким образом, внедрение современных механохимических технологий сдерживается отсутствием общей теории механохимических процессов, в частности – теории механохимических процессов переработки растительного сырья. Этап разработки механохимических технологий методом проб и ошибок исчерпан и заканчивается, необходимо установление фундаментальных закономерностей в данной области, прежде всего, установление энергетических закономерностей механохимических технологий переработки полимеров растительного сырья.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ