Группа российских ученых, используя микроволны, синтезировали композиционные материалы для разделения и очистки многокомпонентных смесей. Предложенные наполнители для хроматографических колонок, позволят в десять раз ускорить процессы, а благодаря сочетанию пор разного размера они могут использоваться для выделения самых разных органических веществ в фармацевтике, медицине, нефтехимии и химической промышленности.
В последние десятилетия в медицинской диагностике, экологии, нефтехимии и фармацевтике для разделения смесей широко используется высокоэффективная жидкостная хроматография. В связи с этим ученые ищут альтернативные материалы, которые будут иметь лучшую избирательность.
Ученые из Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (ФГБУН ИФХЭ РАН), Московского государственного университета им. Ломоносова, Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН (ИОХ РАН), Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова (ИНЭОС РАН) и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») предложили способ, позволяющий улучшить функциональные свойства металлорганических каркасных структур.
Для этого материал нанесли на наносферы бипористого кремнезема — мелкие частицы, по химическому составу аналогичные песку и имеющие поры двух размеров, до 40 раз превышающих таковые у пор в металлорганическом полимере. Исходные компоненты предварительно смешивали в подходящем растворителе и облучали микроволнами для запуска полимеризации. Полученные композиты выдерживали при высокой температуре для формирования максимальной пористости. Новые частицы имели размер от 500 до 1500 нм, что примерно в 50 раз меньше диаметра волоса.
«Компоненты, входящие в состав предложенного нами материала, дают синергетический эффект, что позволяет компенсировать недостатки, имеющиеся у каждого из них по отдельности. В дальнейшем мы планируем исследовать свойства композитов, содержащих различные металлы, чтобы понять, как с их помощью можно регулировать селективность хроматографического разделения», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Булат Сайфутдинов, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ФГБУН ИФХЭ РАН.
Чтобы оценить потенциал полученных композитов как материалов для разделения методом хроматографии, их поместили в цилиндрические колонки, через которые пропустили растворы бензола в гексан-изопропанольном растворителе. Варьируя такие параметры, как скорость пропускания, температуру внутри колонки и состав раствора, ученые выяснили оптимальные параметры использования полученных композитов.
Также выяснилось, что пористость материала, которая влияет на эффективность разделения, улучшилась по сравнению с чистым металлорганическим полимером за счет появления пор разного размера. В отличие от случая, когда в роли неподвижной фазы выступает чистая металлорганическая каркасная структура, использование композитов позволило эффективно разделить смесь при скорости пропускания подвижной фазы 0,5 мл/мин, и процесс разделения ускорился в десять раз.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymers.
