Дослідження властивостей композитних адсорбційних матеріалів «силікагель – кристалогідрат» для теплоакумулюючих пристроїв

Heat energy storage is one of the most common technical solutions in the conditions of operation of low-potential and renewable energy sources. Adsorption heat energy storage devices based on the composite media “silica gel – salt” are the most effective in these conditions. The technique and technology of sol-gel synthesis of the composite adsorption materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” have been developed. A special feature of this technique is a two-stage process involving the formation of silicon phase nuclei in the interaction of aqueous solutions of silicate glass and sulphuric or acetic acids in the presence of a polymeric quaternary ammonium salt and subsequent coarsening of the particles with the gradual addition of solutions of silicate glass and the corresponding acids. The essence of the technology consists in successive stages of formation and integration of the silicic phase nuclei, hydrolysis of functional OH- groups, filtration and drying of the fine precipitate. A qualitative difference in the adsorption properties of the synthesized composites and the mechanical mixture of salt – silica gel with sorption capacity inferior to them on average by 30% is revealed by differential thermal analysis. The processes of application of the composite adsorption materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” obtained by the sol-gel method have been studied. A qualitative difference in the kinetics of adsorption of water by the composite adsorbents is shown as compared to massive salts. It is established that the amount of heat of adsorption of water vapor by the composite adsorbents of the materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” is approximately 30 % greater than the linear superposition of salt and silica gel.Изучены процессы применения композитных адсорбционных материалов «силикагель – сульфат натрия» и «силикагель – ацетат натрия», полученных золь – гель методом. С помощью дифференциально-термического анализа выявлено качественное отличие адсорбционных свойств синтезированных композитов и механической смеси соль – силикагель, адсорбционная емкость которой уступает им в среднем на 30 %. Установлено, что теплоты адсорбции водяного пара композитными адсорбентами материалов «силикагель – натрий сульфат» и «силикагель – натрий ацетат» примерно на 30% больше, чем линейная суперпозиция соли и силикагеляВивчено процеси застосування композитних адсорбційних матеріалів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат», отриманих золь – гель методом. За допомогою диференційно-термічного аналізу виявлено якісну відмінність адсорбційних властивостей синтезованих композитів та механічної суміші сіль – силікагель, сорбційна ємність якої поступається їм в середньому на 30 %. Встановлено, що теплоти адсорбції водяної пари композитними адсорбентами матеріалів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат» близько на 30 % більше, ніж лінійна суперпозиція солі та силікагел

ТЕХНОЛОГИЯ МОДИФИКАЦИИ МОНТМОРИЛЛОНИТА ПОЛИИОНЕНАМИ

Technology of obtaining montmorillonite modified by polyionenes is developed. Macromolecular polymer intercalation of a quaternary ammonium salt of montmorillonite intercrystalline space is shown to be accompanied with increased interlayer distances from 1.08 nm to 1.67 nm. The technique of synthesis of montmorillonite modified by polyionenes is suggested. Optimal conditions for sorption of polyionenes molecules with montmorillonite are found to be: the concentration of aqueous dispersion of montmorillonite is 1 %, the temperature of the reaction medium is 40 °C, the montmorillonite-polyionene ratio is 3 : 1, the processing time is 24 hours. The mechanism of montmorillonite modification is suggested to involve the next steps: connection of organic cations to montmorillonite surface determined by attachment of organic cations to exchange position during ion-exchange adsorption and adsorption of organic cations with acid sylanol groups, i.e. torn bonds on crystal faces. These processes are shown to result in more perfect structure by organic cations adsorption with acid sylanol groups (torn bonds on crystal faces).Розроблено технологію отримання монтмориллоніту, модифікованого полііоненами. Показано, що інтеркаляція високомолекулярних полімерів четвертинної амонієвої солі монтморіллонітного міжкристалічного простору супроводжується збільшенням міжшарової відстані від 1.08 нм до 1.67 нм. Запропоновано методику синтезу монтмориллоніту, модифікованого полііоніенами. Виявлено оптимальні умови для сорбції молекул полііонінів з монтмориллонітом: концентрація водної дисперсії монтмориллоніту становить 1 %, температура реакційного середовища 40 °С, співвідношення монтмориллоніту-полііонену 3 : 1, час обробки 24 годин Запропонований механізм модифікації монтморіллоніту включає наступні стадії: з'єднання органічних катіонів з поверхнею монтмориллоніту, що визначається приєднанням органічних катіонів до обмінної позиції при адсорбції та адсорбцію органічних катіонів з кислотними синанольними групами, тобто розірваними зв'язками на поверхнях кристалів. Показано, що ці процеси призводять до більш досконалої структури за рахунок адсорбції органічних катіонів кислотними синанольними групами (розірваними зв'язками на поверхнях кристалів).Разработана технология получения монтмориллонита, модифицированного полионенами. Показано, что интеркаляция макромолекулярного полимера четвертичной аммониевой соли межмолекулярного пространства монтмориллонита сопровождается увеличением межслоевых расстояний от 1.08 нм до 1.67 нм. Предложена методика синтеза монтмориллонита, модифицированного полионинами. Найдены оптимальные условия для сорбции молекул полионенов с монтмориллонитом: концентрация водной дисперсии монтмориллонита составляет 1 %, температура реакционной среды – 40 °C, отношение монтмориллонит-полиионен составляет 3 : 1, время обработки 24 ч. Предполагается, что механизм модификации монтмориллонита включает следующие стадии: подключение органических катионов к поверхности монтмориллонита, определяемое присоединением органических катионов к обменному положению при ионообменной адсорбции и адсорбции органических катионов кислотными силановыми группами, тобто розорванными  связями на поверхностях кристаллов. Показано, что эти процессы приводят к более совершенной структуре путем адсорбции органических катионов кислотными группами силанола (разрывы связей на поверхностях кристаллов)

ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ НАНОКОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ПОЛІАМІДА-6 ТА ОРГАНОМОДИФІКОВАНОГО МОНТМОРИЛОНІТА

The obtaining technology of nanocomposites based on polyamide-6 and organomodified montmorillonite is developed. The technological parameters of extrusion and injection molding, and their influence on the formation of nanoscale inorganic phase of the polyamide are investigated. Morphology and thermal behavior of polyamide-6, composites based on polyamide-6 and modified montmorillonite are studied by WAXS, XRD, DTA and DSC data. Morphology and thermal behavior of polyamide-6 and composites based on polyamide-6 and modified montmorillonite are shown to be in a strong juxtaposition. New γ-phase formation is revealed in composite polyamide-6 – 1–2 % of modified montmorillonite in contrast with polyamide-6 and mechanical mixtures of polyamide-6 and montmorillonite. Optimal concentrations of modified montmorillonite in the composites stated as 1 – 2 % are shown to correspond with composites improved properties as compared to initial polyamide-6. It is explained by increasing crystallinity degree, which resulted from acting of modified montmorillonite particles as nucleation heterogenetic agents.Разработана технология получения нанокомпозитов на основе полиамида-6 и органомодификованого монтмориллонита. Исследованы технологические параметры экструзии и литья под давлением и их влияние на формирование нанодисперсных неорганической фазы полиамида. Морфология и термическое поведение полиамида-6, композитов на основе полиамида-6 и модифицированного монтмориллониту, изучены с помощью WAXS, XRD, DTA и DSC. Показано качественное различие морфологии и термической поведения полиамида-6 и композитов на основе полиамида-6 и модифицированного монтмориллониту находятся в сильном сопоставлении. При составе полиамида-6 – 1–2% модифицированного монтмориллонита по сравнению с полиамидом-6 и механическими смесями полиамида-6 и монтмориллонита обнаружено новое образование γ-фазы. Показано, что оптимальные концентрации модифицированного монтмориллонита в композитах, которые составляют 1–2%, соответствуют улучшенным свойствам композицитив по сравнению с исходным полиамида-6. Это объясняется увеличением степени кристаличности, возникающем вследствие действия модифицированных частиц монтмориллонита как зародышевых гетерогенных агентов.Розроблено технологію отримання нанокомпозитів на основі поліаміду-6 та органомодифікованого монтморилоніту. Досліджено технологічні параметри екструзії та лиття під тиском та їх вплив на формування нанодисперсної неорганічної фази поліаміду. Морфологія та термічна поведінка поліаміду-6, композитів на основі поліаміду-6 та модифікованого монтмориллоніту, вивчені за допомогою WAXS, XRD, DTA та DSC. Показана якісна відмінність морфології та термічної поведінки поліаміду-6 та композитів на основі поліаміду-6 і модифікованого монтмориллоніту перебувають у сильному зіставленні. При складі поліаміду-6 – 1–2% модифікованого монтморіллоніту в порівнянні з поліамідом-6 та механічними сумішами поліаміду-6 та монтморилоніту виявлено нове утворення γ-фази. Показано, що оптимальні концентрації модифікованого монтмориллоніту в композитах, які вказані як 1–2%, відповідають поліпшеним властивостям композицитів у порівнянні з вихідним поліамідом-6. Це пояснюється збільшенням ступеня кристалинності, що виникає внаслідок дії модифікованих монтморилонітних частинок як зародкових гетерогенних агентів

Дослідження характеристик композитних електрохромних плівок на основі Ni(OH)2, полівінілового спірту і полівінілпірролідону

The cost of electrochromic “smart” windows ranges from 200–800 USD/m2. The high cost is determined by the small volume of production and the high cost of vacuum methods for applying device layers. The development of other methods could lead to lower costs and further mass use of “smart” windows. The paper presents the work on improving the electrochemical method of deposition of electrochromic films based on Ni(OH)2. Composite electrochromic films were deposited from Ni(NO3)2 solutions with the addition of water-soluble polymers – polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), and mixtures thereof. Two PVA grades and one PVP grade were used in the experiments. As a result, six films were obtained from solutions of different compositions and concentrations of polymers. An investigation of the optical properties of the films in the initial state showed that there is no intense absorption of light in the entire visible spectrum and the transmission corresponds to a glass substrate. Thus, the formed electrochromic films will not produce tints and visible light absorption in the finished electrochromic element. The electrochemical and electrochromic characteristics of the films differed significantly depending on the amount and specific polymers used. The film obtained from a solution containing PVA grade 24-99 was the most electrochemically active, while the best electrochromic characteristics were in the film deposited from a solution of a mixture of PVP grade 24-99 and PVP. Moreover, the films obtained in solutions containing separately PVA grade 24-99 and PVP had worse electrochromic characteristics, and the electrochemical characteristics were the same or worse relative to the film obtained in a mixture of polymers. The results of the method of electrochemical impedance spectroscopy showed compliance with the found electrochromic and electrochemical characteristics of the formed films.Ціна електрохромних «розумних» вікон коливається у інтервалі 200–800 USD/м2. Висока вартість визначається малим обсягом виробництва та дорожнечею вакуумних методів нанесення шарів пристрою. Розробка інших методів може призвести до зниження вартості та масового використання «розумних» вікон. Представлено роботу з удосконалення електрохімічного методу нанесення електрохромних плівок на основі Ni(OH)2. Нанесення композитних електрохромних плівок здійснювали з розчинів Ni(NO3)2 з додаванням водорозчинних полімерів – полівінілового спирту (ПВС), полівінілпіралідону (ПВП) та їх сумішей. В експериментах використовували дві марки ПВС та одну марку ПВП. В результаті було отримано 6 плівок з розчинів різних складів та концентрацій полімерів. Дослідження оптичних властивостей плівок у початковому стані показало, що в них відсутнє інтенсивне поглинання світла у всьому видимому спектрі та пропускання відповідає скляній підкладці. Таким чином, сформовані електрохромні плівки не будуть давати відтінків і видимого поглинання світла готовому електрохромному елементі. Електрохімічні та електрохромні характеристики плівок залежно від кількості та конкретних використовуваних полімерів значно відрізнялися. Найбільш електрохімічно активною була плівка, отримана з розчину, що містить ПВС марки 24-99, при цьому найкращі електрохромні характеристики були плівки осадженої з розчину суміші ПВП марки 24-99 і ПВП. Більш того, плівки, отримані в розчинах, що містять окремо ПВС марки 24-99 і ПВП, мали електрохромні характеристики гірші, а електрохімічні характеристики такі ж або гірші у порівнянні з плівкою, отриманої з суміші полімерів. Результати методу електрохімічної імпедансної спектроскопії показали відповідність знайденим електрохромним та електрохімічним характеристикам сформованих пліво

A Facile Two-Step PVP-Assisted Deposition of Co-Activated Nanosized Nickel Hydroxide Directly on a Substrate for Large-Scale Production of Supercapacitor Electrodes

The self-decomposition reaction of the nickel ammonia complex was used for the nickel hydroxide formation on the nickel foam with further modification in several ways. The addition of polyvinyl pyrrolidone (PVP) and the electrochemical or chemical activation with cobalt hydroxide was used to modify the formation method. In all cases, structures with Ni(OH)2 nanoflakes were formed. It was found that the flower-like particles of Co(OH)2 were precipitated during chemical activation among the nanoflakes. It was shown that the presence of PVP during the nickel ammonia complex decomposition suppressed the highly branched particles. The absence of the highly branched particles increased the capacitive properties of the formed electrode at high current densities. The highest capacitance in 1408 F/g at 1 A/g was shown for the sample precipitated with the PVP presence and the further chemical activation by cobalt

Homology Modeling and Molecular Dynamics-Driven Search for Natural Inhibitors That Universally Target Receptor-Binding Domain of Spike Glycoprotein in SARS-CoV-2 Variants

The rapid spread of SARS-CoV-2 required immediate actions to control the transmission of the virus and minimize its impact on humanity. An extensive mutation rate of this viral genome contributes to the virus’ ability to quickly adapt to environmental changes, impacts transmissibility and antigenicity, and may facilitate immune escape. Therefore, it is of great interest for researchers working in vaccine development and drug design to consider the impact of mutations on virus-drug interactions. Here, we propose a multitarget drug discovery pipeline for identifying potential drug candidates which can efficiently inhibit the Receptor Binding Domain (RBD) of spike glycoproteins from different variants of SARS-CoV-2. Eight homology models of RBDs for selected variants were created and validated using reference crystal structures. We then investigated interactions between host receptor ACE2 and RBDs from nine variants of SARS-CoV-2. It led us to conclude that efficient multi-variant targeting drugs should be capable of blocking residues Q(R)493 and N487 in RBDs. Using methods of molecular docking, molecular mechanics, and molecular dynamics, we identified three lead compounds (hesperidin, narirutin, and neohesperidin) suitable for multitarget SARS-CoV-2 inhibition. These compounds are flavanone glycosides found in citrus fruits – an active ingredient of Traditional Chinese Medicines. The developed pipeline can be further used to (1) model mutants for which crystal structures are not yet available and (2) scan a more extensive library of compounds against other mutated viral proteins

ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ НОВИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ АДСОРБЦІЙНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ ТИПУ «СИЛІКАГЕЛЬ – КРИСТАЛОГІДРАТ»

This article is focused on sol-gel technology of industrial production of composite sorbents «silica gel – sodium sulphate» and «silica gel – sodium acetate», which includes the next stages: preparation of aqueous solution of silicate glass and polymer quaternary ammonium salt (PQAS), formation of nuclei of the silicate phase, formation of silicon-oxygen matrix, drying and fractionation of sorbent. According to the developed technology, sorbents were prepared with a granula size of 3 – 5 mm. Bulk density is stated to be of 0.72 g/cm3 and 0.65 g/cm3 for composites «silica gel – sodium sulphate» and ‘silica gel – sodium acetate’. It is shown that composite sorbents are characterized by high water adsorption at the level of 0.42 – 0.66 g/g. Temperatures of regeneration of composites «silica gel – sodium sulphate» and ‘silica gel – sodium acetate’ are stated to be of 90 °C and 60 °C. Heats of adsorption of composites «silica gel – sodium sulphate» and «silica gel – sodium acetate» are 2200 kJ/kg and 1400 kJ / kg, respectively.Статья посвящена золь-гель технологии промышленного производства композиционных сорбентов «силикагель – Na2SO4» и «силикагель – СН3СООNa», включающий следующие стадии: подготовка водного раствора силикатного стекла и полимерной соли четвертичного аммония (ПЧАС), формирование ядер силикатной фазы, образование кремний-кислородной матрицы, сушку и фракционирование сорбента. По разработанной технологии сорбенты готовились с размером гранул 3 - 5 мм. Насыпная плотность составляет 0.72 г/см3 и 0.65 г/см3 для композитов «силикагель – сульфат натрия» та «силикагель – ацетат натрия». Показано, что композиционные сорбенты характеризуются высокой адсорбционной емкостью на уровне 0,42 - 0,66 г воды/г адсорбента. Температура регенерации композитов «силикагель – сульфат натрия» и «силикагель – ацетат натрия» составляет 90°С и 60°С. Теплота адсорбции композитов «силикагель – сульфат натрия» и «силикагель – ацетат натрия» равна 2200 кДж/кг и 1400 кДж/кг.Стаття присвячена золь-гель технології промислового виробництва композиційних сорбентів «силікагель – Na2SO4» і «силікагель – СН3СООNa», що включає наступні стадії: підготовка водного розчину силікатного скла і полімерної солі четвертинного амонію (ПЧАС), формування ядер силікатної фази, утворення кремній-кисневої матриці, сушіння та фракціонування сорбенту. За розробленою технологією сорбенти готувалися з розміром гранул 3 – 5 мм. Насипна густина складає 0.72 г/см3 та 0.65 г/см3 для композитів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат». Показано, що композиційні сорбенти характеризуються високою адсорбційною ємністю на рівні 0.42 – 0.66 г води/г адсорбенту. Температура регенерації композитів «силікагель - натрій сульфат» і «силікагель - натрій ацетат» становить 90 °С і 60 °С. Теплота адсорбції композитів «силікагель – натрій сульфат» і «силікагель – натрій ацетат» дорівнює 2200 кДж/кг і 1400 кДж/кг.