Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2018 номер 3

Представлены результаты многолетнего изучения биогеохимических закономерностей поступления, распределения и аккумуляции стойких органических загрязнителей (СОЗ) в бассейне оз. Байкал и р. Селенги на территории России и Монголии. Инициатором и руководителем этих работ с 1994 г. стал академик В. А. Коптюг. Исследования проводились совместно сотрудниками Новосибирского института органической химии и Байкальского института природопользования СО РАН в рамках российских и международных экспедиций. Полученные методом хромато-масс-спектрометрии данные по качественному и количественному составу СОЗ в объектах окружающей среды и биоте могут быть использованы для региональных эколого-геохимических и эколого-гигиенических оценок состояния природной среды, эффективного выявления источников и зон усиления и ослабления антропогенного воздействия на природную среду, построения биоаккумулятивных моделей СОЗ для водных экосистем и оценки экологического риска.

Обсуждаются два основных комплекса экологических проблем Кузнецкого угольного бассейна и пути их решения: 1) оценка текущего уровня загрязнений окружающей среды и его мониторинг; 2) разработка технологий для снижения загрязнений. Приведены обоснование и разработка методов, подходов и инструментов, обеспечивающих комплексное и системное определение загрязняющих веществ, оказывающих негативное влияние на окружающую природную среду при добыче и переработке углей. Детально изучено присутствие 2,4,6-тринитротолуола и его метаболитов в объектах окружающей среды. Современными аналитическими методами определено содержание полициклических ароматических углеводородов в углях широкого ряда метаморфизма. Изучен состав твердых отходов добычи и переработки углей, распределение в них валовых, подвижных и водорастворимых форм токсичных элементов и органических веществ. Рассмотрена проблема токсичных тонкодисперсных угольных материалов, образующихся при добыче, транспортировке, обогащении и переработке углей. Исследован состав загрязняющих газообразных веществ, поступающих в атмосферный воздух из угольных пластов. Для снижения загрязнений предложен ряд каталитических процессов. Например, сжигание топлив, в том числе низкосортных углей, в кипящем слое катализатора, в каталитических генераторах тепла для снижения выбросов токсичных оксидов азота и продуктов недожога; использование блочных катализаторов для нейтрализации выбросов оксидов азота из дымовых газов действующих топочных устройств. Приведены основные результаты исследований по широкому ряду химических реакций переработки метана угольных пластов в высокоценную товарную продукцию (дегидроароматизация, окислительная конденсация, автотермический риформинг, получение углеродных нановолокон и водорода). Кратко изложены механизм образования гидратов метана в угольных пластах и подходы к их утилизации. Представлен обзор работ по созданию и исследованию углеродных сорбентов непосредственно из углей Кузбасса для решения экологических проблем региона.

Основная проблема эксплуатации месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, в том числе залежей высоковязкой нефти, связана с низким коэффициентом извлечения нефти (КИН) при разработке базовым воздействием - закачкой вытесняющего агента и теплоносителя. В обзоре рассмотрены тенденции и перспективы развития физико-химических методов увеличения нефтеотдачи месторождений такого рода нефти, разрабатываемых на естественном режиме и в сочетании с тепловыми методами. Главными источниками актуальной информации служат материалы мировых конгрессов и ежегодных международных конференций по проблемам добычи тяжелой нефти в странах со значительными геологическими запасами тяжелых нефтей и битумов. Одним из решений этой проблемы может стать разработка физико-химических методов, базирующихся на наногетерогенных химически эволюционирующих системах на основе ПАВ, как в виде “холодных” технологий, так и совместно с паротепловым воздействием на пласт. Перспективность концепции химически эволюционирующих нефтевытесняющих систем подтверждается результатами промысловых испытаний технологий увеличения нефтеотдачи, созданных в Институте химии нефти СО РАН.

Для создания инновационных комплексных протравителей семян использован механохимический метод получения межмолекулярных супрамолекулярных комплексов тебуконазола (ТБК). С применением полисахарида арабиногалактана, глицирризиновой кислоты и ее динатриевой соли, а также сухого экс-тракта корня солодки в качестве веществ, формирующих супрамолекулярные системы, в структуру которых входят молекулы ТБК, получены препараты протравителей семян с улучшенными экологическими и биологическими свойствами. В лабораторных и полевых условиях показана высокая эффективность полученных композиций в отношении патогенной микрофлоры при обработке семян яровой пшеницы и ячменя, в подавлении развития обыкновенной корневой гнили, а также отсутствие ретардантного эффекта и положительное влияние на продуктивность этих культур. Кроме того, композиции позволяют вдвое снизить норму расхода ТБК.

Изложены результаты исследований гидратов природного газа в эмульсиях типа “вода-в-нефти” и “вода-в-асфальтосмолопарафиновых отложениях”, проведенных в лаборатории техногенных газовых гидратов Института проблем нефти и газа СО РАН (Якутск). Подробно описаны кинетические аспекты процесса гидратообразования в выбранных эмульсионных средах, преобладающие механизмы формирования гидратных кристаллов, влияние среды на морфологию растущих гидратов. Особенности роста газогидратов исследованы с помощью метода дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) и метода синтеза в специальных камерах высокого давления.

Актуальной задачей является разработка высокотехнологичных методов утилизации лигнинов, образующихся в огромных количествах в промышленных процессах глубокой переработки лигноцеллюлозного сырья. Рассмотрены новые перспективные методы утилизации древесных лигнинов с получением ценных химических продуктов, разрабатываемые в Институте химии и химической технологии СО РАН (Красноярск). Ароматические альдегиды и органические кислоты получали каталитическим окислением лигнинов кислородом и пероксидом водорода, жидкие углеводороды - каталитической конверсией лигнинов в среде суперкритических спиртов. В процессе термоконверсии древесных лигнинов в сверхкритическом этаноле высокий выход жидких продуктов достигнут при использовании твердых катализаторов на основе сульфатированного диоксида циркония и высококремнеземных цеолитов в Н-форме. В среде сверхкритического бутанола высокую активность в конверсии лигнина в жидкие продукты проявляли нанесенные на SiO2 никельсодержащие катализаторы. Разработаны новые методы синтеза из лигнина нанопористых углеродных материалов, включая углеродные молекулярные сита и аэрогели с уникальными свойствами. Показано, что термощелочная активация лигнина способствует развитию в получаемых углеродных материалах удельной поверхности до 2700 м2/г и суммарного объема пор до 1.4 см3/г. Полученные нанопористые углеродные материалы обладают высокой сорбционной активностью и перспективны для разделения газообразных смесей и очистки газов и воды. Предложены методы синтеза нанопористых органических и углеродных аэрогелей на основе доступных и дешевых лигнинсодержащих композиций: лигнин-танин-формальдегидных и лигнин-фенол-формальдегидных. Получаемые аэрогели имеют широкие потенциальные области применения в качестве термоизоляционных материалов, сорбентов, катализаторов, электродов, электрохимических конденсаторов.

В последние годы в результате исследований, направленных на минимизацию вредного побочного воздействия на пациента при лечении онкологических заболеваний, сформирован новый класс препаратов, обеспечивающих как терапевтическое воздействие на опухоль, так и ее визуализацию. Эти препараты получили название тераностиков, а методология их применения определяется как тераностика - область интегральной медицины, сочетающая терапию и диагностику, т. е. использующая одну технологию и для диагностики, и для лечения заболевания в ходе общей процедуры. Широкое разнообразие наноконструкций для тераностики (углеродные нанотрубки, магнитные, золотые, полимерные наночастицы, наночастицы SiO2 и др.) открывает большие перспективы для их использования в онкологии. Настоящий обзор посвящен последним достижениям в области разработки подходов к созданию тераностиков на основе нанокомпозитов, где в качестве основных терапевтических агентов выступают терапевтические нуклеозиды, а в качестве средства направленной доставки - наночастицы на основе кремния. По результатам критического анализа сделаны обобщающие выводы о возможных путях повышения эффективности терапии и визуализации противоопухолевых препаратов на основе рассмотренных наноконструкций.

Представлен анализ некоторых результатов работ по направленной функционализации доступных метаболитов растений Сибири - ламбертиановой кислоты и бетулина - и созданию на их основе фармакологически перспективных противоопухолевых, гепатопротекторных, нейропротекторных и анальгетических агентов. Исследования выполнены сотрудниками отдела медицинской химии Новосибирского института органической химии СО РАН (Новосибирск). В последнее время в Сибири для нужд деревоперерабатывающей отрасли широко используют березу и кедр. Отходы этих производств (кора березы и хвоя кедра) представляют ценный источник биологически активных веществ для получения препаратов медицинского и ветеринарного назначения. Это определяет актуальность разработки экологически безопасных “зеленых” технологий выделения доступных метаболитов, способов их направленных химических модификаций и изучения фармакологической активности с целью создания инновационных лекарственных препаратов.

Систематизированы и обобщены литературные данные и экспериментальные результаты исследований химии и синтеза соединений висмута различного состава для техники и медицины. Показана целесообразность использования процессов гидролиза и гетерогенных реакций “твердое - раствор” для получения соединений висмута высокой чистоты и реакционной способности.