Дисертації (ФХ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ 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 ЕдуардівнаМельник 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».Документ Відкритий доступ Лужне вилуговування ільменітового концентрату Іршанського родовища(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Писаренко, Сніжана Василівна; Чигиринець, Олена ЕдуардівнаПисаренко 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).Документ Відкритий доступ Інгібітори корозії металів комплексної дії на основі природних органічних сполук(2023) Воробйова, Вікторія ІванівнаВоробйова В.І. Інгібітори корозії металів комплексної дії на основі природних органічних сполук. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.14 «Хімічний опір матеріалів та захист від корозії». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Робота направлена на вирішення важливої науково-практичної проблеми підвищення корозійної стійкості металів в атмосферних умовах та водних нейтральних середовищах, за рахунок використання екологічно безпечних, багатокомпонентних за складом рослинних екстрактів та комбінаційних сумішей на їх основі із синергетичною сполукою — триалкоксисиланом. Уперше розроблено обґрунтований підхід до створення інгібіторів корозії комплексної дії на основі природних органічних сполук жомів плодово-ягідних культур і прогнозування їх інгібувальних властивостей, який базується на використанні системи екстрагентів i-PrOH:EtOH:H2O/ 0–40%:25–30%:15–25% для вилучення широкого спектра органічних сполук з рослинної сировини, з урахуванням компонентного складу та антиоксидантної активності, закономірностей адсорбційної поведінки та механізму дії, зв'язку їх захисних властивостей з хімічними перетвореннями складових сполук у корозійних середовищах та поверхні металу. Продемонстровано зв'язок між антиоксидантною дією та інгібуючою здатністю рослинних екстрактів та запропоновано використання антиоксидантної активності як прогностичного параметра інгібуючої ефективності рослинних екстрактів. Уперше встановлено, що при використанні рослинних екстрактів як інгібіторів атмосферної корозії, пролонгований процес обумовлений сповільненою кінетикою випаровування летких сполук, утворенням адсорбованих шарів, їхніми хімічними та структурними перетвореннями на поверхні сталі. У нейтральному водному середовищі закономірністю формування захисної плівки є пролонгований процес формуванням продуктів реакції конденсації, а саме флаванол-антоціанових та флаванол- альдегідних аддуктів, що, як наслідок, і викликає вторинне інгібування корозійного процесу та обумовлює проінгібуючий ефект рослинних екстрактів. Встановлено ефективність використання екстрактів жомів плодово-ягідних культур як інгібіторів корозії вуглецевих сталей, міді та її сплавів в атмосферному середовищі при постійній вологості повітря і температурі без конденсації вологи на зразках і водних нейтральних корозійно-агресивних середовищах (98–99%) в інтервалі 20–50 ̊С у статичних умовах і у потоці рідини. Розроблені комбінаційні інгібітори корозії на основі екстрактів жомів плодово-ягідних культур та 3-амінопропілтріетоксисилану, що забезпечують синергетичний ефект протикорозійної дії як чорних, так і кольорових металів. Доведена практична доцільність застосування нових інгібіторів корозії як присадки до змащувально-охолоджуючих рідин та лакофарбового покриття.