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 24-23-00054
НазваниеГлубокие эвтектические растворители в процессах экстракции: экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование
РуководительСамаров Артемий Андреевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-406 - Химическая термодинамика. Физическая химия поверхности и межфазных границ. Адсорбция
Ключевые словаГлубокие эвтектические растворители, фазовое равновесие, экстракция
Код ГРНТИ31.15.25
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В последнее время принципы «зеленой химии» стали основными критериями для достижения экономических и экологических целей как в промышленности, так и в академическом сообществе. Иначе говоря, нынешние исследования направлены на разработку экологичных процессов, основанных на использовании инновационных и возобновляемых ресурсов, которые находятся в балансе с наименьшими экономическими затратами и негативным воздействием на экологию. Разработка и применение экологически чистых растворителей — важная задача в различных научных и технических областях. В последнее время исследования экстракционных растворителей были сосредоточены на ионных жидкостях из-за их особых свойств, таких как вязкость, плотность, гидрофобность или гидрофильность, которые можно регулировать путем выбора подходящего катиона и аниона. Однако проблемы с их биоразлагаемостью, токсичностью, стабильностью и зачастую дорогостоящим синтезом не позволили считать их совершенными растворителями. За последние годы были достигнуты прорывные достижения в получении систем, послуживших альтернативой традиционным токсичным и летучим органическим растворителям. Среди таких аналогов отмечают глубокие эвтектические растворители (DES), которые впервые были представлены в 2003 году. В последние годы в научной литературе представлено большое количество работ, посвященных DES. Однако, их основным недостатком является отсутствие фундаментальных знаний, а именно понимание природы взаимодействий, лежащих в основе их образования, структуры, роли воды в образовании DES и в структуре смеси. Восполнение этих пробелов и получение новых данных о свойствах и фазовом поведении DES определяет научную новизну поставленной задачи.
Данный проект направлен на исследование DES, являющихся инновационными растворителями. Будет проведено масштабное изучение физико-химических свойств DES, исследованы возможности экстракции целевых соединений из промышленно значимых азеотропных систем различных классов.
Актуальность проблемы определяется стремлением современной химической промышленности соответствовать принципам «зеленой химии». DES являются одним из наиболее интересных классов альтернативных растворителей, в основном из-за сочетания их простого приготовления и специфической возможности подбирать свойства, подходящие для конкретных процессов синтеза или экстракции. Возможность использования натуральных компонентов открыла новые перспективы для создания действительно «зеленых» растворителей, необходимых в современной химической промышленности.
Основные планируемые работы:
- Термодинамические свойства DES на основе хлорида холина: зависимости от состава и физико-химических свойств компонентов, новые подходы к термодинамическому моделированию.
- Исследование физических свойств DES: вязкости и плотности, влияние на эти свойства состава DES.
- Применение DES в процессах экстракции. Фазовые равновесия жидкость-жидкость (эксперимент) азеотропных смесей различных классов органических соединений, термодинамическое моделирование.
- Проведение модельных многостадийных экспериментов с регенерацией и рециклом DES.
По итогам проекта планируется публикация 4 статей в высокорейтинговых международных журналах, представление результатов на международных и российских конференциях.
Ожидаемые результаты
Содержание настоящего проекта включает конкретные задачи, связанные с получением комплекса новых физико-химических данных, необходимых как для развития методов физико-химического моделирования систем с участием глубоких эвтектических растворителей (DES) на основе хлорида холина, так и для развития фундаментальных основ организации технологических процессов с их участием.
В ходе реализации практической части проекта будут получены следующие результаты:
- Будут представлены результаты критического анализа современной литературы в области фазовых равновесий и процессов экстракции компонентов азеотропных смесей с применением DES.
- Будут представлены результаты исследования физико-химических свойств (вязкость, плотность) полученных DES с использованием оборудования научного парка СПбГУ.
- Будут представлены результаты экспериментального определения равновесных составов в многокомпонентных азеотропных системах с участием DES на основе хлорида холина в широком диапазоне температур методами газовой хроматографии и ЯМР-спектроскопии. В качестве исследуемых систем будут выбраны следующие азеотропные органические смеси:
спирты – простые эфиры,
спирты – сложные эфиры,
спирты – ароматические углеводороды,
- На основании экспериментальных данных о фазовом равновесии будет произведен расчет коэффициентов распределения всех компонентов исследуемых систем и определено значение селективности разделения.
- Будут представлены результаты сравнительного анализа экстракционных возможностей DES и ионных жидкостей доступные в литературе, а также даны рекомендации по выбору условий и оптимального экстрагента для конкретной системы.
- Будет проведена оценка возможности регенерации DES с целью многократного использования экстрагента.
- В ходе выполнения проекта будут предложены новые перспективные DES, обладающие низкой токсичностью и хорошей биосовместимостью, включая многокомпонентные системы.
Результаты теоретической части проекта будут состоять в следующем:
- Будет проведен комплексный термодинамический анализа полученных экспериментальных данных о фазовом равновесии с исследуемых системах. Будет проведена корреляция равновесных данных с использованием модели локального состава Non-Random Two Liquid и предоставлена оценка параметров бинарного взаимодействия компонентов.
- Будет подготовлено не менее 4 публикаций в международных рецензируемых журналах, индексируемых Web of Science, Scopus и RSCI. Также результаты работы над проектом будут представлены на российских и международных конференциях.
Таким образом, по итогам проекта будут получены результаты для перспективного использования и развития методов применения DES в различных областях технологии, а также и энерго- и ресурсосбережения. Результаты по качеству будут соответствовать мировому уровню исследований в данной области, что будет подтверждаться публикациями участников заявки в высокорейтинговых международных рецензируемых журналах.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ