Кафедра фізичної хімії (ФХ)

Постійне посилання на фонд

https://ela.kpi.ua/handle/123456789/290

Сайт кафедри: http://kfh.kpi.ua/

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 57

Відкритий доступ
Composites of manganese oxides and oxidehydroxides with halloysite as degradation photocatalysts
(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Kovinchuk, Iryna Vasylivna; Sokolskyi, Heorhii Volodymyrovych; Lazzara Giuseppe
Kovinchuk I.V. Composites of manganese oxides and oxidehydroxides with halloysite as degradation photocatalysts. – Qualification scientific work in the form of a manuscript. Joint doctoral thesis for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 161 “Chemical Technologies and Engineering”. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Ministry of Education and Science of Ukraine and Doctor of Philosophy in “Physical and Chemical Sciences”. – University of Palermo (Italy), Kyiv, 2025. The dissertation is devoted to the study of the influence of synthesis conditions, phase composition, and structure on the functionality of composites based on manganese oxides and oxidehydroxides for the photocatalytic degradation of model organic compounds: aqueous solutions of dyes and polyethene films under UV- and Vis. light irradiation. The work considers the relationship between synthesis conditions and phase composition, morphology, band gap width, and specific surface area of the products with their efficiency as photocatalysts. In addition, the influence of halloysite aluminosilicate nanotubes on the physicochemical properties and photocatalytic activity of composite materials, as well as the behavior of manganese oxides and oxyhydroxides relative towards their surface, was investigated. The photocatalytic activity of standard materials MnO2, TiO2 and their mechanical mixture was studied at the photocatalytic degradation of polyethylene films under the influence of UV- and visible light irradiation. This study included a comparison of the mass loss of containing photocatalyst PE films with the pure film. The MnO2/TiO2 mixture demonstrated the highest efficiency with a film mass loss of 21.3% after 90 hours of irradiation. The degradation mechanism was evaluated by the relative intensity of the peaks of the FTIR spectra corresponding to the carbonyl, hydroxyl and ether indices. It was established that the mechanical mixture of y-MnO2 with TiO2 causes synergy action with a greater degree of degradation at all intermediate stages of PE oxidation since the vibrations of functional groups of the intermediates are more intense compared with the PE/TiO2 film. In addition, the carbonyl index shows a relatively more significant accumulation of the corresponding groups. Therefore, the conversion occurs much faster than in other samples at all stages, which indicates the nonspecificity of the catalytic action of the formed radicals towards PE oxidation intermediates on the y-MnO2 photocatalyst with TiO2. It was found that during chemical precipitation from MnSO4 solution using hydrogen peroxide as an oxidant composite material with different ratios of manganese oxides and oxidehydroxides with valences from +2 to +4 are formed. The medium's acidity and the presence of NH4 + dopants in the reaction medium play a decisive role. It was shown that at pH = 10 the main phase formed are the low-valent manganese oxides hausmannite Mn3O4 in the presence of excess ammonium ions, and bixbyite Mn2O3 in its absence. While at lower pH values = 5-7 the main product is manganite y-MnOOH and groutite a-MnOOH with traces of manganese oxide 4+ in excess NH4 + . The nature of the interaction of manganese oxides with the surface of halloysite nanotubes was studied by the transmission electron microscopy. It was found that in TEM images of samples synthesized in the presence of an excess of ammonium ions in the reaction mixture (CS2 and CS-6), a darkening of the lumen area of the nanotubes is observed, which may indicate its filling, while in the absence of an excess of ammonium (CS-1 and CS-7), particles of manganese oxides and oxidehydroxides decorate the outer surface of halloysite. The measured specific surface area of the synthesized samples is by 3-3.5 times higher (55-66 m2 /g) compared to the standard MnO2 PCP sample. At the same time, the presence of halloysite nanotubes did not significantly affect this parameter. The diffuse reflection spectra were recorded and the band gap width using the Tauk plot was calculated. The band gap values of Eg = 2.28-2.38 eV were established for samples CS5-CS-9. In turn, the values of 2.52 and 2.7 eV were measured for the lower-valence samples CS-1 and CS-2, respectively. Thus, in accordance with semiconductor properties of these composites, their potential photocatalytic activity belongs to the visible light range. The dynamic light scattering method data on the average size of composite material aggregates and the TEM image analysis data of sizes of individual nanoparticles were evaluated. In both cases, the synthesized samples exhibit smaller sizes compared to the standard MnO2 PCP sample, ranging between 117–175 nm for aggregates and 7–12 nm for nanoparticles. A series of electrochemically deposited samples was synthesised to expand the range of phase states of the materials studied. The influence of acidity and the presence of dopant ions of NH4 + and Cr3+on the synthesised samples’ morphology, phase composition, and physicochemical properties was investigated. X-ray diffraction analysis confirmed the formation of composite oxide materials consisting of a-, y-, e- and b-phases of MnO2 in various proportions. It was established that NH4 + ions in excess stabilise the electrodeposition of hollandite, a-, and birnessite, b-, phases of MnO2, while their absence favours the formation of the ramsdellite y- and e-MnO2 phases. The samples with a predominant hollandite phase of MnO2 demonstrated the highest specific surface area, reaching a maximum of 215 m²/g for sample ED-12, indicating the achievement of a diffusion-controlled deposition regime. In comparison, samples with a predominant e- MnO2 phase exhibited smaller surface areas, specifically 65.65 m²/g for ED-13 and 82.88 m²/g for ED-2. The particle size distribution and morphology of MnO2 were evaluated using scanning electron microscopy images. For samples ED-2 and ED-6, which are composites of y- and e-MnO2, plate-like formations with an average nanoparticle size of 70 ± 15 nm were observed. Samples with a predominant alpha-phase exhibited a needlelike morphology. The synthesized manganese dioxide electrodeposited (ED) samples are semiconductors with a band gap width ranging from 2.16 to 2.36 eV. Doping with Cr3+ ions reduced the band gap by approximately 0.3–0.5 eV due to introducing new electron donor levels. The Mulliken electronegativity and the positions of the valence and conduction bands were calculated for the electro-synthesized samples. Sample ED-6 demonstrated a conduction band position at 0.12 eV (vs the standard hydrogen electrode, SHE) and a valence band at 2.49 eV (SHE), with the broadest band gap of 3.36 eV, indicating the potential of this sample for photocatalytic water splitting to produce hydrogen. Differential scanning calorimetry combined with mass spectrometry was performed on selected electro-synthesized samples. This analysis enabled the identification of the thermal decomposition products and temperature intervals of their release. These findings provide insight into defect levels based on the Ruetschi cation vacancy model. According to this model, the content of cation vacancies () in manganese dioxide samples, predominantly of the ramsdellite modification, can be estimated. As energetically non-equivalent positions, these crystal lattice defects being in the material’s surface layers can significantly enhance its catalytic activity. The calculated formulas for the electrodeposited samples are presented below. Mn0.81 4+ Mn0.15 3+ 0.04 O1.69 2− OHO.3 ED-6 MN0.68 4+ Mn0.28 3+ 0.04 O1.55 2− OHO.45 ED-8 Both y-MnO2 (ED-6) and a-MnO2 (ED-8) Samples (see the names of Samples in the text below) exhibit the same content of cation vacancies; however, ED-8 is distinguished by two times higher Mn3+ content. It was established that the composite samples of low-valent manganese oxides, CS2 and CS-1, exhibit the highest photocatalytic activity toward the cationic dye Methylene Blue. This is likely due to the presence of halloysite nanotubes in the composites, which feature is a negatively charged outer surface. This provides a synergistic effect, facilitating pollutant degradation by more efficient transport of the dye from the solution bulk to the photocatalyst surface. For the anionic dye Congo Red, the highest efficiency was demonstrated by sample CS-8, which consists of higher valent a-MnOOH and y-/BMnO2. This sample has the narrowest band gap (1.99 eV) among all chemically synthesized samples. The further insight was made by analysis of the band gap potential diagrams of CS-series of samples and MO-diagram with HOMO and LUMO of a dye. It was revealed that CS-1,CS-2 samples have well aligned EC edges of HNTs, MnxOy and LUMO MB levels. It can be suggested that this feature is responsible for the positive influence of HNT’s surface decoration by MnxOy on photocatalytic activity of MB degradation due to new option of direct electron transfer of photoelectron from EC of both HNTs & MnxOy and following MB dye reduction. It is also evident from this diagram for CR dye that only CS-8 Sample has favorably aligned EV to HOMO level of CR dye and, probably, this feature can be responsible for the faster direct oxidation of CR by holes from the valence band of CS-8 as a photocatalyst. Thus, distinctly active behavioir of CS- 1&CS-2 photocatalysts toward MB degradation as well as CS-8 Sample high activity toward CR destruction can be explained by the semiconducting properties of these photocatalysts. According to the results obtained, it was proposed to apply the materials synthesized in this work for photodegradable coatings on PE surface, compared to their incorporation into the bulk of a film. A method of attaching nanomaterials onto polyethylene films through the partial dissolution of their surface has been developed. The introduction of 2.59% by mass of halloysite nanotubes was achieved when immersing the PE film in a suspension of HNTs in cyclohexane at 50°C for 120 s, and 2.51% at a suspension temperature of 60°C for 60 s. The decrease in the contact angle in the first case is more pronounced than in the second one. Considering the hydrophilic properties of halloysite, it can be assumed that treatment at 50°C leaves a greater amount of HNTs onto the surface, while at 60°C, the nanomaterial penetrates in-depth of the film. In addition, an adhesive composition was developed for applying nanomaterials to PE films without the need to dissolve polyethylene and heat. Polyvinylpyrrolidone was chosen as the base, polyethylene glycol was added as a plasticizer in a ratio of 7:1 by weight. The optimal ratios of solvent and polymer base for applying the composition to PE films using a spray and a sponge were determined. For the spray, they were 1 to 18, for the sponge - 1 to 15. Studies of decorated films using an optical microscope confirmed the uniform distribution of nanomaterial over the entire surface of the film using the developed compositions. A block diagram for the chemical synthesis of a composite material for further use as a photocatalyst for the degradation of aqueous solutions of organic pollutants (dyes) has been developed. The material balance for the synthesis of 1 kg of the sample was calculated and the heat of its formation was estimated. The practical significance is confirmed by the following. The developed methods for introducing photocatalysts into and onto polyethylene films are intended for practical use for the photodegradation of polymers. To achieve effective degradation, it is possible to coat an already manufactured film with composite materials with halloysite nanotubes and manganese oxides/oxydehydroxides. A promising candidate for such a coating, which is considered in this study, is a mechanical mixture of TiO2 and MnO2. Electrostatic interactions between metal ions and the HNT surface allow for controlled decoration of HNTs with deposited particles of Mn oxides and oxydehydroxides. This effect is especially relevant for the development of new functional materials in photocatalysis and catalysis. The study showed that composites CS-2 and CS-1 exhibit high activity in the photodegradation of methylene blue dye, while CS-8 and CS-9 effectively photodegrade Congo red. This opens up promising opportunities for practical application. A technology for the synthesis of manganese oxides and oxide-hydroxide photocatalytic material with halloysite CS-2 is proposed.
Відкритий доступ
Активність сучасних консервуючих композицій щодо грамнегативних бактерій
(2018) Гончар, Христина Віталіївна; Хрокало, Людмила Анатоліївна
В цій роботі проведено літературний огляд сучасних консервуючих композицій, визначено мінімальні інгібуючі концентрації семи консервантів виробництва ізраїльської компанії SHARON Laboratories за допомогою методу серійних розведень та методу висіву на середовище Ендо. За результами дослідження зроблено висновки про те, що найефективнішими консервантами з усіх досліджених є Sharomix 300 i Sharomix MCI BA, мінімальна інгібуюча концентрація яких становить 1 000 ppm. Найменш ефективним консервантом виявився консервант Sharomix EG10, мінімальна інгібуюча концентрація якого становить 11 000 ppm. Розроблено стартап-проект зі створення лабораторії з визначення антибактеріальної активності консервантів, що використовуються в косметичній промисловості.
Відкритий доступ
Біокаталітичне перетворення піненів на терпінеол в присутності базидіоміцету Wolfiporia cocos
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Курташ, Юлія Романівна; Жук, Тетяна Сергіївна
Проведено літературний огляд на тему застосування базидіоміцетів для біокаталітичного перетворення органічних речовин, зокрема терпенів. Порівняно властивості та механізми впливу грибів білої та бурої гнилі на перетворення відповідних сполук. Обрано та обгрунтовано метод проведення реакцій перетворень піненів в присутності базидіоміцетів Dichomitus albidofuscus, Bjekandera abusta, Pleurotus ostreatus, Wilfiporia cocos, а також в різних середовищах. Було порівняно результати в ході реакцій та виявлено отримані речовини за допомогою масспектрометрії та ЯМР-спектрометрії. Висвітлено високий потенціал Wilfiporia cocos для перетворення піненів на терпінеол.
Відкритий доступ
Біокаталітичний синтез 12-оксофітодієнової кислоти та її біологічні властивості
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Дарменко, Марія Володимирівна; Хрокало, Людмила Анатоліївна
У магістерській дисертації виконано огляд інноваційного методу біокаталітичного тристадійного синтезу 12-оксофітодієнової кислоти в одному реакторі за використання цільноклітинного генетично модифікованого каталізатору. Проведенно дослідження на антимікробні властивості 12-ОФДК,виявлено бактерицидну дію відносно грампозитивної бактерії B. subtilis, фунгіцидну відносно дріжджоподібного грибка C. albicans та толерантність у грамнегативної E. coli. Проведенно цитотоксичне і гентоксичне дослідження за методом Alium cepa по відновленню клітин корінців цибулі у умовах кадмієвого стресу за обробки розчином 12-ОФДК. Дослідження показало, що вплив Cd у концентрації 10 мкМ призводить до значного цитотоксичного та генотоксичного стресу, що супроводжується зниженням МІ на 20% порівняно з контролем та помітним пошкодженням клітин. Регенерація меристематичної тканини коренів за дії 12-ОФДК залежала від дози та часу, причому більш сприятливі показники відновлення спостерігалися через 12 днів порівняно з 4 днями. Найбільш значне посилення росту коренів та поділу клітин було зафіксовано за концентрації 12-ОФДК 10 мкМ. І навпаки, вплив 100 мкМ 12-ОФДК протягом 4 днів призводив до осмотичного шоку та посилення аберацій мітотичної фази.
Відкритий доступ
Біоорганічна хімія
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017) Хрокало, Людмила Анатоліївна; Khrokalo, Liudmyla; Чигиринець, Олена Едуардівна; Chygyrynets, Olena; Воробйова, Вікторія Іванівна; Vorobyova, Viktoria
Відкритий доступ
Взаємодії в системі ГНТ/аскорбінова кислота/TiO2 для косметичних застосувань
(2021) Свінцова, Анастасія Володимирівна; Сокольський, Георгій Володимирович
Проведено літературний пошук в ході якого виявлено основні недоліки сонцезахисних фільтрів, зокрема наночастинок діоксиду титану. Виявлено шляхи вирішення цих недоліків. Одним з перспективних напрямків є додавання антиоксидантів. Розроблена та апробована власна методика синтезу композиту нанотрубки галуазиту(ГНТ)/аскорбінова кислота/TiO2 на основі літературних даних. Методика базується на обробці діоксиду титану кислотою HF, подальшому перемішуванні частинок з нанотрубками галуазиту та завантаженні аскорбінової кислоти в порожнину нанотрубок. Досліджено властивості отриманого композиту. Розроблено рецептуру сонцезахисного косметичного засобу на основі отриманого УФ-фільтру. Розроблено стартап проект, який передбачає створення сонцезахисного крему з додаванням інноваційного УФ-фільтру ГНТ / аскорбінова кислота / TiO2.
Відкритий доступ
Дослідження колоїдно-хімічних характеристик косметичних засобів на основі ламілярних емульсій, що містять рідкі кристали
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019) Ляшук, Олена Володимирівна; Єфімова, Вероніка Гаріївна
Проведено літературний огляд сучасних косметичних емульсій та підібрано найоптимальніші емульгатори для створення ламелярних емульсій, що містять рідкі кристали. Результатами дослідження є створення косметичних продуктів для догляду за обличчям, навколо очей та розробленно найоптимальніший технологічний режим створення ламелярних емульсій, що містять рідкі кристали. Розроблено стартап-проект зі створення онлайн платформи з продажу і створення індивідуальної косметики для кожного.
Відкритий доступ
Дослідження композиційних складових зволожуючого лосьйону для тіла
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019) Шакун, Анастасія Ігорівна; Пилипенко, Тетяна Миколаївна
Загоряння на сонці без використання сонцезахисного крему може завдати шкоди зовнішньому вигляду й позначитися на пружності шкіри. Розв’язати проблему можна, змінивши процедури й засоби для догляду за шкірою, щоб вони підходили для сухішої шкіри, яка потребує більше уваги. Інтенсивні зволожувальні засоби, такі як зміцнювальний лосьйон для тіла допомагають зберігати м’яку, еластичну шкіру. Метою даної роботи є дослідження композиційних складових лосьйону для тіла. Виявлено основні функціональні властивості емульсійних косметичних основ, основні колоїдно-хімічні закономірності створення косметичних емульсій, стабілізованих поверхнево-активними речовинами. Визначені основні колоїдно-хімічні властивості вихідних ПАР – величини поверхневого натягу, граничної адсорбції. Виявлено, які саме активні речовини в екстракті кукурудзи стовпчиків з приймочками створюють певну дію на шкіру.
Відкритий доступ
Дослідження складу муцину равлика та розробка рецептур лікувально-профілактичних косметичних засобів з його вмістом
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019) Новгородська, Катерина Ігорівна; Хрокало, Людмила Анатоліївна
У магістерській дисертації було проаналізовано переваги і недоліки та проведено літературний огляд сучасних косметичних композицій з муцином равлика Achatina Fulica, які створюють на шкіру не тільки косметичний вплив, але й мають деякі спеціальні властивості, наприклад регенеруючу, антибактеріальну, ранозагоюючу дію тощо. Отримані сполуки є перспективними для подальших додаткових мікробіологічних та фармакологічних досліджень.
Відкритий доступ
Екологічна безпека технологічних процесів у харчовій та косметичній галузях
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2016) Хрокало, Людмила Анатоліївна; Khrokalo, Liudmyla; Чигиринець, Олена Едуардівна; Chygyrynets, Olena; Васькевич, Алла Іржіївна
Відкритий доступ
Ефекти крос-лінкінгу колагену у присутності комплексів L-лізину та рибофлавіну
(2020) Шульженко, Діана Михайлівна; Сокольський, Георгій Володимирович
Магістерська дисертація складається з 80 сторінок, 21 рисунок, 24 таблиць, 32 джерел за переліком посилань. Одним з перспективних підходів до вирішення проблеми старіння є застосування мідного або залізного комплексів L-лізину та рибофлавін-5-фосфату через їх здатність впливати на формування поперечних зшивок та регенерацію в волокнах колагену та еластину шкіри людини. Досліджено L-лізин координаційна сполука Сu, розчин рибофлавін-5-фосфату в суміші з модельним розчином колагену в присутності УФ-опромінення. Модельний розчин колагену готувався розчиненням в оцтовій кислоті. Методом FTIR було виявлено зміни будови молекул колагену після взаємодії з комплексом купруму. Розроблені рекомендації щодо приготування антивікового косметичного крему на емульсійній основі з використанням УФ-блокатора, для того щоб мати можливість активувати рибофлавін-5-фосфат через вплив УФ-А випромінювання та блокувати промені УФ-Б діапазону, які можуть спричинити процеси старіння.
Відкритий доступ
Застосування низькотемпературного евтектичного розчинника для екстракції органічних сполук з продуктів переробки томату та формування на його основі косметичної емульсії
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Гордовенко, Юлія Олегівна; Воробйова, Вікторія Іванівна
Загальний обсяг сторінок – 77, таблиць – 31, рисунків – 11, джерел – 47. Проведено літературний огляд «зелених» методів екстракції рослинної сировини із використанням сучасних підходів. Сформовано направлення досліджень, що сфокусовано на використанні іонних рідин «нового» покоління для вилучення активних компонентів із рослинної сировини. Показана перспективність використання екстракту на основі низькотемпературного евтектичного розчинника (НЕР) для формування косметичної емульсії. В ході експериментальної частини отримано екстракт жмиха томату методом ультразвукової екстракції при використанні як екстрагент із використанням іонної рідини. Проведено аналіз компонентного складу отриманого екстракту. Сформовано косметичну емульсію, що має у своєму складі екстракт жмиха томату. Визначено рН отриманого крему, ζ-потенціал емульсії та термостабільність. Визначено антибактеріальну активісті та загальну антиоксидантної здатності косметичної емульсії. Розроблено стартап-проект спрямований на отримання косметичної емульсії, а саме маски для волосся, з екстрактом жмиха томату.
Відкритий доступ
Застосування реакції Коупа для вдосконалення технології синтезу провітаміну D3 – 7-дегідрохолестеролу
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Друзь, Данило Сергійович; Пономарьов, Микола Євгенович
У роботі проведено огляд літератури, що стосується способів синтезу провітаміну D3 та реакції Коупа. Запропоновано альтернативний шлях синтезу провітаміну, що включає заміщення брому у естері 7-бромохолестеролу на діалкіламін, окиснення до аміноксиду та елімінування за Коупом. Розроблено методики проведення відповідних реакцій та здійснено синтез 7- дегідрохолестерил бензоату запропонованим шляхом. В рамках дослідження також отримано сполуку 7B-(піролідин-1-іл)-холестерил бензоат. Досліджено вплив нуклеофільності та основності діалкіламіну на процес заміщення брому у 7-бромохолестерил бензоаті. Розроблено проект комерціалізації наукової розробки. Загальний обсяг сторінок – 68, таблиць – 11, рисунків – 20, додатків – 6, джерел – 29.
Відкритий доступ
Зелена хімія для чистих хімічних технологій. Курс лекцій
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Чигиринець, Олена Едуардівна; Сокольський, Георгій Володимирович; Воробйова, Вікторія Іванівна; Жук, Тетяна Сергіївна; Бережницька, Олександра Степанівна
Навчальне видання призначене для опанування освітнього компонента «Зелена хімія для чистих хімічних технологій». У навчальному посібнику наведено розширений конспект лекцій з освітнього компонента, присвяченого сучасному напрямку розвитку хімічних зелених технологій. Студенти мають можливість ознайомитися з 12 принципами зелених технологій та їх використання в різних напрямках сучасної науки та технологій. Навчальний посібник призначений для студентів, які навчаються за освітньо-науковою програмою підготовки магістрів «Хімічні технології та інженерія» спеціальності 161 «Хімічні технології та інженерія». Матеріали навчального видання будуть також корисними для аспірантів та магістрантів інших спеціальностей, пов’язаних з хімічними технологіями.
Відкритий доступ
Колоїдно-хімічні характеристики емульсійної основи косметичного засобу
(2018) Нікора, Олександра Вікторівна; Єфімова, Вероніка Гаріївна
Синтез нових емульсійних косметичних продуктів з заданими споживчими характеристиками залежить від колоїдно-хімічних властивостей як вихідних компонентів так і готової продукції. Відомо, що основними компонентами емульсійних косметичних продуктів є масляна фаза та емульгатори, в якості яких виступають поверхнево-активні речовини різної природи. З урахуванням колоїдно – хімічних характеристик косметичних емульсійних продуктів нами було обрано фазу олії на основі досліджень поверхневого натягу на межі поділу фаз масло-вода, розраховані константи адсорбційної рівноваги, за допомогою яких визначено оптимальне співвідношення іоногенного та неіоногенної поверхнево- активних речовини, які найкращою мірою стабілізують косметичну емульсію. Експериментально встановлено максимальний час існування косметичної емульсії, що було синтезовано в наших дослідженнях. Відпрацьована методика утворення прямої косметичної емульсії.
Відкритий доступ
Лужне вилуговування ільменітового концентрату Іршанського родовища
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Писаренко, Сніжана Василівна; Чигиринець, Олена Едуардівна
Писаренко С.В. Лужне вилуговування ільменітового концентрату Іршанського родовища. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 Хімічні технології та інженерія (галузь знань 16 Хімічна та біоінженерія). – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Мінерально-сировинна база України включає цінні поклади титанових руд, які зокрема представлені континентальними розсипами ільменіту, що останніми роками активно розробляються. Значна частина ільменітової руди видобувається на території нашої країни, належить до Іршанського родовища. Ільменітова руда є важливим природним ресурсом та має значний потенціал для використання в різних галузях промисловості. Розвиток видобутку і обробки цієї руди може сприяти економічному зростанню та розвитку регіону. Зразки ільменіту Іршанського родовища досліджено за допомогою методу скануючої електронної мікроскопії з рентгеноспектральним елементним мікроаналізом та встановлено, що досліджена руда має унікальний склад, який відрізняє її від всіх інших, що відомі в науково-технічній літературі. Тому для даної руди необхідно визначити оптимальний спосіб переробки для максимального виходу продуктів переробки. Аналіз науково-технічної літератури показав, що до основних способів переробки ільменіту належать кислотні, зокрема хлоридний та сульфатний. Але кожен з цих способів модифікується та оптимізується відповідно до складу вихідної сировини для максимальної ефективності переробки. Крім основних способів, які використовуються протягом тривалого часу і впроваджені в промислових масштабах, останніми роками більше розвиваються напрямки альтернативних способів переробки, такі як лужне вилуговування, вилуговування слабкими кислотами, такими як ортофосфатна, лимонна, оксалатна. Вибір способу переробки ільменіту залежить від багатьох факторів, серед яких хімічний та мінералогічний склад сировини, галузі використання утворених продуктів, екологічні та економічні аспекти виробничого процесу. Науково-технічна література, яка була опрацьована в рамках проведення дисертаційного дослідження дозволяє стверджувати те, що на даний момент розвитку науки в галузі переробки титанвмісної сировини недостатньо вивченими залишаються спосіб та умови, що стосуються ільменітової руди Іршанського родовища. Тому визначення способу переробки та оптимальних умов хіміко-технологічного процесу переробки ільменіту даного родовища є актуальним завданням, вирішення якого створить передумови для розвитку промисловості в даному регіоні. Дисертаційна робота присвячена дослідженню процесу переробки ільменітового концентрату Іршанського родовища альтернативним способом лужного вилуговування, встановленню оптимальних умов даного процесу, визначенню можливостей застосування одержаного кінцевого та проміжних продуктів, що утворюються в результаті хімічної взаємодії мінеральної сировини та калій гідроксиду. Для того, щоб досягнути мету, що поставлена в даній роботі, необхідно було виконати ряд завдань : дослідити хімічний та мінералогічний склад зразків ільменіту Іршанського родовища; дослідити вплив різних факторів на процес лужного вилуговування, а саме розміру частинок мінеральної сировини, кількісного співвідношення між вихідними компонентами, зміни температурного та часового режимів, для того щоб оптимізувати процес переробки ільменіту; визначити кінетичні та термодинамічні параметри проведення процесу лужного вилуговування ільменіту, визначити умови проведення процесу переробки ільменіту способом лужного вилуговування та розробити технологічну схему; визначити можливі сфери використання кінцевих та проміжних продуктів процесу лужного вилуговування ільменіту. В результаті проведених термодинамічних розрахунків за реакціями, що протікають під час процесів лужного вилуговування ільменіту калій та натрій гідроксидом, вперше встановлено, що утворення калій титанату є енергетично вигіднішим ніж утворення натрій титанату, що також підтверджено експериментально. За результатами проведених експериментальних досліджень, що спрямовані на визначення впливу різних факторів на процес лужного вилуговування ільменіту встановлено, що максимального значення ступінь вилучення титану(ІV) досягається при використанні мінеральної сировини з середнім діаметром частинок 71 мкм. Даний фактор досліджено за мольного співвідношення між вихідними компонентами 1:2 за температури 453 К протягом 3 годин. Крім того, також експериментально встановлено, що для зразків ільменіту Іршанського родовища оптимальним мольним співвідношенням між вихідними компонентами в реакціях лужного вилуговування є 1:2. Збільшення кількості лугу у вихідній суміші до мольного співвідношення 1:6 підвищує ступінь вилучення титану(ІV) до 90 %, але значна кількість калій гідроксиду залишається після реакції у вигляді незадіяного реагенту, також ускладнюється процес очистки утвореного продукту. Встановлено, що оптимальний час взаємодії між вихідними компонентами (ільменіт, калій гідроксид) становить 3 години, саме за такого часового проміжку досягається максимальний ступінь вилучення титан(ІV). Подальше нагрівання реакційної суміші не збільшує вихід. Одним з важливих параметрів гетерогенних процесів є температурний режим, тому для лужного вилуговування ільменіту встановлено, що оптимальним значенням температури є 453 К. За температур, що є вищими 453 К реакція також відбувається, але ступінь вилучення при цьому збільшується лише максимум на 4 %. Тому підвищення температури є невиправданим з економічної точки зору. В рамках дисертаційного дослідження визначено механізм лужного вилуговування ільменіту калій гідроксидом за результатами експериментальних досліджень часових залежностей відповідно до кінетичних рівнянь, що використовуються для опису гетерогенних процесів (псевдо-першого та псевдо-другого порядків, Яндера, ГінстлінгаБроунштейна, Журавльова-Лесохіна-Темпельмана, Єрофєєва-Авраама та "стисненої сфери"). Процес вилуговування найбільш вдало описується швидкістю взаємодії компонентів відповідно до моделі "стисненої сфери" з лімітуючою стадією хімічної реакції (R 2 = 0,9728). Проведені експериментальні та теоретичні дослідження дозволяють розробити оптимальну технологічну схему для проведення процесу лужного вилуговування ільменіту з метою одержання калій титанату. Калій титанат, одержаний за допомогою лужного вилуговування ільменіту калій гідроксидом, очищували від непрореагових залишків та побічних продуктів реакції за допомогою розробленої методики з використанням етилового спирту. Проведені дослідження елементного складу очищеного зразку вказують на те, що вміст домішок не перевищує 5 %, тож можна стверджувати про ефективність використання даної методики. Одержаний калій титанат методом лужного вилуговування вперше використали в якості фотокаталізатору для процесу деструкції барвників у водних розчинах. Проведені експериментальні дослідження процесів адсорбції барвників метиленового синього та конго червоного показали, що калій титанат проявляє кращі адсорбційні властивості в порівнянні з немодифікованим титан діоксидом. Крім того встановлено, що процес адсорбції метиленового синього поверхнею калій титанату відбувається краще в порівнянні зі значеннями адсорбції конго червоного. Даний факт можна пояснити тим, що досліджувані барвники належать до різних типів і в розчинах дисоціюють з утворенням різнойменно заряджених йонів. Також встановлено кінетичну модель процесу адсорбції барвників з водних розчинів поверхнею калій титанату. Відповідно до визначеної моделі (псевдо-другого порядку) механізм адсорбції полягає у електростатичній взаємодії між функціональними групами поверхонь адсорбентів та молекулами барвника в розчині, проте процес адсорбції на межі поділу фаз «адсорбат-адсорбент» є лімітуючою стадією. В результаті проведених досліджень встановлено, що збільшення маси адсорбенту для проведення процесу адсорбції барвників з водних розчинів суттєво не збільшує значення адсорбції, тому доцільним є використання 25 мг калій титанату для 1 л розчину. Також визначено, що поверхня калій титанату має більшу спорідненість для адсорбції метиленового синього з розчину в порівнянні з поверхнею немодифікованого титан діоксиду, порівняння даного параметру для процесу адсорбції конго червоного також підтверджує цей факт, хоча числове значення є на декілька порядків нижче. Остання закономірність пов’язана з тим, що метиленовий синій належить до барвників катіонного типу, а конго червоний – аніонного типу. Розраховані значення енергії адсорбції дозволяють стверджувати те, що на поверхні адсорбенту калій титанату адсорбція молекул барвника відбувається фізично. Проведені вперше експериментальні дослідження фотокаталітичної деструкції барвників метиленового синього та конго червоного показали, що конго червоний належить до того типу барвників, які не руйнуються під дією ультрафіолевого опромінення в присутності калій титанату як фотокаталізуючого агенту. В свою чергу калій титанат за аналогічних умов руйнує метиленовий синій, що може вказувати на його перспективність у використанні для процесів фотодеструкції даного барвника. В дисертаційній роботі теоретично та експериментально обґрунтовано технологічно доцільні умови проведення процесу лужного вилуговування ільменіту Іршанського родовища, розроблено технологічну схему процесу одержання калій титанату за допомогою даного способу переробки ільменітового концентрату та очищення кінцевого продукту, а також дослідженні адсорбційні та фотокаталітичні властивості калій титанату щодо водних розчинів барвників різних типів (метиленового синього та конго червоного).
Відкритий доступ
Магістерська дисертація: Організація, вимоги до структури та оформлення
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019) Чигиринець, Олена Едуардівна; Пилипенко, Тетяна Миколаївна; Хрокало, Людмила Анатоліївна; Воробйова, Вікторія Іванівна; Єфімова, Вероніка Гаріївна
Відкритий доступ
Магістерська дисертація: рекомендації до підготовки, вимоги до структури, змісту та оформлення
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Чигиринець, Олена Едуардівна; Пилипенко, Тетяна Миколаївна; Хрокало, Людмила Анатоліївна; Воробйова, Вікторія Іванівна; Єфімова, Вероніка Гаріївна; Бутова, Катерина Дмитрівна
Навчальне видання призначене для виконання кваліфікаційної роботи на здобуття другого ступеня вищої освіти «магістр». У навчальному посібнику розкривається організація наукової роботи, викладається методика написання та правила оформлення рукопису магістерської дисертації, розглядається порядок її захисту. Призначене для студентів магістратури за освітньою програмою «Хімічні технології синтезу та фізико-хімічні властивості органічних матеріалів» спеціальності 161 «Хімічні технології та інженерія», а також буде корисне науковим керівникам магістрантів, науково-педагогічним працівникам та членам екзаменаційних комісій із захисту кваліфікаційних робіт.
Відкритий доступ
Нанокомпозити на основі галуазитних нанотрубок для фотозахисту та пролонгованого вивільнення активних фармацевтичних інгредієнтів
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Мельник, Андрій Сергійович; Чигиринець, Олена Едуардівна
Мельник А. С. Нанокомпозити на основі галуазитних нанотрубок для фотозахисту та пролонгованого вивільнення активних фармацевтичних інгредієнтів. – Кваліфікаційна праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 хімічні технології та інженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена розробці інноваційних нанокомпозитів на основі галуазитних нанотрубок (ГНТ) для захисту фоточутливих активних фармацевтичних інгредієнтів (АФІ) та створення систем пролонгованого вивільнення. Вказана проблема є особливо актуальною для фармацевтичної галузі, оскільки багато ефективних АФІ, таких як α-ліпоєва кислота (АЛК) та моксифлоксацин гідрохлорид (МФ), мають низьку стабільність при впливі світла, температури та інших агресивних факторів довкілля. Використання нанокомпозитів на основі інкапсульованих в ГНТ активних фармацевтичних інгредієнтів (ГНТ/АФІ) як наноносіїв відкриває нові можливості для захисту АФІ, підвищення їхньої стабільності та створення таблеткових форм із контрольованим вивільненням. У рамках роботи вирішено низку завдань, включаючи розробку методики інкапсуляції АФІ у ГНТ, дослідження стабільності інкапсульованих АФІ в умовах термодеструкції та фотодеградації за впливу ультрафіолетового УФ/видимого світла, розробку таблеткової форми на основі досліджуваних нанокомпозитів та аналіз кінетики вивільнення АФІ з нанокомпозитів, в тому числі у складі таблетованих форм, у модельних середовищах із різним рН. Методика інкапсуляції АФІ у ГНТ реалізована через вакуумний спосіб завантаження, який дозволяє заповнити внутрішні канали нанотрубок розчином АФІ. Цей процес забезпечує рівномірний розподіл активної речовини в нанотрубках та формування стабільного нанокомпозиту. Підтвердження наявності АФІ в нанотрубках галуазиту здійснено трансмісійною мікроскопією нанокомпозиту. Для проведення комплексного дослідження АЛК та МФ та готових лікарських таблетованих форм на їх основі застосовано низку сучасних методів, які забезпечують високий рівень точності та відтворюваності отриманих результатів. Основним підходом для ідентифікації АЛК та МФ та контролю концентрації і концентраційних змін було використано високоефективну рідинну хроматографію (ВЕРХ), методичні підходи якої включали підбір ефективного фільтру та модельних розчинів хроматографічного аналізу. Цей метод дозволив визначати кількісні показники концентрації АФІ з високим рівнем достовірності для подальшого аналізу фізико-хімічних властивостей і стабільності досліджуваних речовин під впливом опромінення в УФ / видимому діапазонах та підвищеної температури. Стабільність АФІ досліджувалася в умовах впливу випромінювання в УФ/видимому діапазонах та температурного стресу. Тестування фотостабільності проводилося двома шляхами  опроміненням в УФ променях та опроміненням при поетапному впливі променів в УФ- та видимому діапазонах. Ідентично опромінювали як водні суспензії інкапсульованих в галуазиті АФІ , так і таблетовані форми на основі ГНТ /АФІ у стандартизованих умовах. Це дозволило визначити ступінь їх стійкості до світлового впливу відповідно до міжнародних стандартів. Термостабільність оцінювалася шляхом витримування зразків за підвищеної температури (60оС) протягом 24 годин, що дозволило встановити рівень термодеструкції АФІ і їхню здатність зберігати свою ефективну концентрацію у несприятливих умовах. Для створення композиції таблетованої форми було визначено фізикомеханічні параметри плинності галуазиту у порівнянні з мікрокристалічною целюлозою, як основним компонентом, що використовується при формуванні таблетованих форм ліків. Було проведено вимірювання кута природного скосу, густини після усадки та об’ємної густини порошків галуазиту та мікрокристалічної целюлози, що використовувалися для формування таблеток. Встановлено, що галуазит не поступається мікрокристалічній целюлозі за параметрами плинності. Це свідчить про придатність галуазиту щодо використання у композиціях таблетованих форм ліків. З урахуванням вимог до таблетованих форм у фармацевтичній промисловості розроблено композиційний склад таблеток на основі ГНТ/АФІ. До складу таблеток входили нанокомпозит ГНТ /АФІ (45%), мікрокристалічна целюлоза (50%), стеарат магнію (2%), кроскармелоза (2%) та колоїдний кремнезем (1%). Для оцінки морфології внутрішньої структури нанокомпозитів ГНТ/АФІ у складі таблеток застосовували метод сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ). Встановлено, що ГНТ з інкапсульованими АФІ рівномірно розподілені по об’єму та не є зруйнованими після формування таблеток за розробленою технологією. Фізико-механічні властивості розробленого складу таблеток, створених на основі нанокомпозитів галуазиту, вивчали за допомогою серії тестів. Визначали схильність таблеток до розпаду, їхню міцність, крихкість і стиранність, що є критично важливими параметрами для забезпечення відповідності фармакопейним стандартам. Встановлено повну відповідність фізико-механічних властивостей розроблених композитних таблеток вимогам фармацевтичної промисловості. Кінетика вивільнення/розчинення АФІ з таблеток досліджувалася у різних модельних середовищах, що імітують рН розчинів шлунково-кишкового тракту людини. Цей підхід дозволив визначити швидкість і ступінь вивільнення АФІ в залежності від рН розчинів шлунково-кишкового тракту. Дослідження показали, що інкапсульовані у ГНТ АФІ демонструють значно вищу фотостабільність порівняно з нативним станом цих речовин. Зокрема, встановлено, що під впливом УФ-опромінення інкапсульовані АЛК та МФ зберігають близько 84–98% своєї ефективної концентрації, тоді як у нативному стані після деградації їх залишкова концентрація досягає 70–80%. Механізм збільшення фотостійкості АФІ пов'язаний із бар'єрними властивостями нанотрубок галуазиту, які забезпечують захист від впливу світла в УФ/видимому діапазонах. Одним із ключових результатів роботи є розробка безпосередньо систем пролонгованого вивільнення АФІ. Нанокомпозити забезпечують контрольоване вивільнення АФІ, що дозволяє підтримувати терапевтичну концентрацію упродовж тривалого часу. Для інкапсульованої АЛК та МФ встановлено, що їх вивільнення з нанокомпозиту у складі таблетованої форми досягає близько 60-80% упродовж 24 годин, тоді як у нативному (неінкапсульованому) стані цей процес завершується за 30–60 хвилин. Такий ефект досягається завдяки гальмуванню процесу дифузії молекул АФІ за рахунок капілярних сил ГНТ. Дослідженнями встановлено, що зі збільшенням рН середовища, рівень вивільнення обох АФІ з нанокомпозиту у складі таблетованої форми збільшується, що пояснюється кращою розчинністю їх у відповідних середовищах. Дослідженням термостабільності встановлено, що інкапсульовані у галуазит АФІ, практично не деградують, тоді як без інкапсуляції АЛК зберігає близько 65,7% початкової маси, а МФ — 85,8%. Таким чином на основі отриманих результатів досліджень розроблено рецептуру таблеток на основі синтезованих нанокомпозитів ГНТ/АФІ та мікрокристалічної целюлози, стеарату магнію, кроскармелози та колоїдного кремнезему, яка відповідає вимогам Європейської Фармакопеї щодо фізикомеханічних характеристик, демонструючи необхідний рівень фізико-механічних властивостей, та забезпечує контрольоване вивільнення досліджуваних АЛК та МФ з підвищеним рівнем термо- та фотостабільності щодо опромінення в УФ/видимому діапазонах. Наукова новизна роботи полягає в наступному. Вперше розроблено інноваційний нанокомпозит на основі галуазитних нанотрубок ГНТ/АФІ, що містить інкапсульовані світлочутливі АФІ — АЛК та МФ, який демонструє захист від деструктивного впливу підвищених температур та опромінення у видимому та УФ діапазонах зі збереженням після проведення стандартизованих тестувань ефективної концентрації АФІ на рівні не менше ніж 98%; вперше на основі нанокомпозитів ГНТ/АЛК або ГНТ/МФ, мікроцелюлози, стеарату магнію, колоїдного кремнезему та кроскармелози розроблено склад таблетованої формуляції, яка за фізико-механічними показниками відповідає вимогам Європейської Фармакопеї, а галуазитний нанокомпозит забезпечує фармакокінетику контрольованого вивільнення АЛК та МФ; встановлено, що інкапсуляція АЛК та МФ в ГНТ за рахунок капілярних сил забезпечує пролонговане вивільнення на рівні до 80% АФІ з таблетованої форми протягом 24 годин, порівняно з неінкапсульованим станом, де вивільнення 90-100% АФІ відбувається за 15-30 хвилин; показано, що підвищення рН модельного середовища сприяє збільшенню рівня вивільнення обох АФІ із ГНТ завдяки підвищеній розчинності інгредієнтів у відповідних досліджуваних буферних розчинах. Практична значимість підтверджується наступним. Розроблено методики хроматографічного визначення АЛК та МФ в водних розчинах методом рідинної хроматографії. Спосіб виготовлення таблеток на основі ГНТ/АЛК і ГНТ/МФ та мікрокристалічної целюлози з допоміжними компонентами є перспективним при виготовленні інноваційних фармацевтичних препаратів. Використання нанокомпозиту ГНТ/АФІ на основі світлочутливих фармацевтичних інгредієнтів є потенційно новим підходом до використання таблетованих форм з АЛК та МФ. Результати досліджень впроваджені при викладанні дисципліни «Інноваційні хімічні технології органічних матеріалів. Частина 1. Функціональні матеріали та наносистеми» для студентів магістрів освітньо-професійної програми «Хімічні технології синтезу та фізико-хімічні властивості органічних матеріалів».
Відкритий доступ
Нанокомпозитні евтектогелі із використанням низькотемпературних евтектичних розчинників: синтез та оцінка функціональних властивостей
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Позняк, Кирило Олексійович; Воробйова, Вікторія Іванівна
В роботі проведено літературний огляд, у якому викладена інформація про сучасні низькотемпературні евтектичні розчинники, їх фізико-хімічні властивості, використання в якості медіатора при синтезі наночастинок срібла та золота, а також використання їх для виготовлення евтектогелів як сучасних полімерних матеріалів поліфункціонального призначення. В експериментальній частині викладена інформація про метод виготовлення низькотемпературного евтектичного розчинника на основі холін хлориду та ксилітолу, методи аналізу успішності його синтезу, його застосування в якості медіатора при синтезі наночастинок та синтезу евтектогелевих матеріалів. Описаний метод оцінки стабільності евтектогелю. Представлені результати проведеного дослідження, оцінені властивості та можливості використання нанокомпозитного евтектогелю для біомедичних цілей. За даними дослідження розроблений стартап-проєкт, проаналізовані потенційні конкуренти, споживачі, постачальники та посередники, за цими даними складений квадрат Бове та діаграма Шонфільда, визначені фактори успіху, проведене дослідження ринку, оптимальні канали просування, розповсюдження продукту.

Переглянути

Перегляд Кафедра фізичної хімії (ФХ) за Назва

Результатів на сторінці

Налаштування сортування