RTU zinātniskie raksti

Materiālzinātne un lietišķā ķīmija 22. sējums 2010.g.

SATURS

 

Madars Reimanis, Juris Malers, Jurijs Ozolins.

Elektroķīmisko procesu izmantošana ūdens sagatavošanā.

Daudzos tehnoloģiskajos procesos ūdens kvalitāte ir atkarīga no dzelzs jonu koncentrācijas un cietības. Darbā tika pētīta elektrolīzes un elektrodialīzes procesa ietekmi uz dzelzs un kalcija jonu koncentrācijas izmaiņām un mikroorganismu attīstību ūdenī. Eksperiments tika veikts laboratorijas apstākļos, izmantojot dzelzs un kalcija jonus saturošus modeļšķīdumus. Lai raksturotu ūdens apstrādes ietekmi uz mikroorganismu vairošanās intensitātes izmaiņām, izmantoja baktērijas Pseudomonas fluorescens.

Darbā tika noskaidrots, ka šķīduma elektrolīze ar tai sekojošu filtrēšanu caur kvarca smilšu slānim kopējo dzelzs jonu koncentrāciju samazina no 40 līdz 50 reizēm. Pieaugot kopējai dzelzs jonu koncentrācijai izejas šķīdumos, elektrolīzes procesā patērētais īpatnējais darbs pēc strāvas samazinās. Palielinot elektrolīzes šūnai pielikto strāvas stiprumu, kopējā dzelzs jonu koncentrācija elektrolizētajā šķīdumā samazinās, bet procesa veikšanai nepieciešamais īpatnējais darbs pieaug.

Veicot CaCO3 un FeSO4 saturošu šķīdumu elekrodialīzi cirkulācijas režīmā, ir novērojama gan kalcija, gan kopējās dzelzs jonu koncentrācijas samazināšanās, pieaugot procesa laikam. Straujākas koncentrācijas izmaiņas novērojamas procesa sākumā.

Realizējot šķīduma, kas satur vismaz 1mmol/L hlorīda jonus, atdzelžošanu ar elektrolīzes palīdzību, tiek ievērojami uzlabots tā mikrobioloģiskais stāvoklis. Elektrolizētajā ūdenī piecu dienu laikā nav novērojama baktērijas Pseudomonas fluorescens koloniju veidojošo vienību attīstība. Veicot ūdens elektrodialīzi, iespējams efektīvi atsāļot šķīdumu. Atsāļotajā ūdenī ievērojami samazinās (līdz pat 1500 reizēm) baktērijas Pseudomonas fluorescens koloniju veidojošo vienību attīstības intensitāte.

 

Valentīna Krilova, Visvaldis Vītiņš.

Ar cieti modificietie akrila kaulu cementi.

Atjaunojošās un aizvietojošās  ķirurģiskās operācijas sekmīgs rezultāts lielā mērā atkarīgs no kaulu cementa īpašībām. Parasti akrila kaulu cementu pamatā ir metilmetakrilāta polimērs. Monomēra polimerizācija sākas samaisot komponentus maisīšanas ierīcē un noslēdzas dzīvajos audos. Metilmetakrilāta polimerizācija ir ekzotermisks process, un temperatūras paaugstināšana var izraisīt audu nekrozi ar tālāko implanta fiksācijas atslābināšanu. Izstrādātiem nejonogēnam un akrilskābes karboksilgrupu saturošam kaulu cementiem uz poli(metilmetakrilāta-2-etilheksilmetakrilāta) – etilmetakrilāta-trietilēnglikoldimetakrilāta bāzes piemīt apmierinoši sacietēšanas parametri. Izpētīta biosaderīgas un biodegradējamas piedevas (cietes) ietekme uz izstrādāto kaulu cementu pamatīpašībām. 20% cietes ievadīšana kaulu cementu cietā fāzē izraisa izmaiņas sacietēšanas profilā: polimerizācijas maksimālas temperatūras samazināšanu un sacietēšanas laika palielināšanu. Kaulu cementu mehāniskās īpašības nepasliktinās ar cietes piedevas ievadīšanu. Mehāniskās īpašības tika noteiktas no četrpunktu lieces un vienass spiedes testiem. Cementu paraugu morfoloģija pētīta lietojot elektronu mikroskopiju. Iegūtie dati liecina par kaulu cementu modifikācijas perspektivitāti, lietojot kā piedevu cieti ar nolūku veicināt tālāku kaulaudu reģenerāciju.

 

Valentīna Krilova, Visvaldis Vītiņš.

Kaulu cementi ar šķiedrvielu piedevu.

Kaulu cementu sacietēšanu metilmetakrilāta ekzotermiskās polimerizācijas rezultātā pavada nozīmīgs temperatūras paaugstinājums. Šāds temperatūras šoks var izraisīt dzīvo audu nekrozi ar tālāku implanta atslābināšanu. Bioaktivitātes trūkums, kas piemīt kaulu cementiem uz poli(metilmetakrilāta) - metilmetakrilāta bāzes arī var būt par iemeslu implanta fiksācijas atslābināšanai. Izstrādātam cementam uz poli(metilmetakrilāta-2-etilheksilmetakrilāta) – etilmetakrilāta-trietilēnglikoldimetakrilāta bāzes, kā arī akrilskābes karboksilgrupu saturošam  cementam piemīt zemāka temperatūras pacelšana sacietēšanas laikā. Izdalītie no zirņu pupiņām un kviešu klijām šķiedrvielas tika ievadīti cementu cietā fāzē. Doto piedevu ievadīšana cementu cietā fāzē 20% daudzumā izraisīja sacietēšanas maksimālas temperatūras pazemināšanu un sacietēšanas laika palielināšanu. Cementu mehāniskās īpašības noteiktas pēc četrpunktu lieces un vienass spiedes testiem. Zirņu šķiedrvielas piedevas  ievadīšana   neizraisa kaulu cementu mehānisko īpašību pasliktināšanās, turpretim, novērojama dažu radītāju izlabošana. Līdzīga daudzuma kliju šķiedrvielas ievadīšana izraisīja abu cementu graujošā sprieguma samazināšanu kā uz lieci, tā arī uz spiedi. Karboksilgrupu saturoša kaulu cementa modificēšana ar kliju šķiedrvielu pieveda pie cementa blīvuma samazināšanas, kas var kompensēt cementa polimerizējošās masas sarukumu. Izraisītas izmaiņas saistītas acīmredzot ar piedevu morfoloģijas atšķirībām, konstatētām pēc skenējošās elektronu mikroskopijas. Akrila kaulu cementu modificēšana ar zirņu un kliju šķiedrvielām var uzskatīt par perspektīvo ar mērķi pielikt bioaktīvitāti nejonoģēnam cementam un to palielināt karboksilgrupu saturošam cementam. Kliju šķiedrvielas ievadīšana vat būt pamatota tikai nelielos daudzumos (3-9%), arī kaulu cementa sarukuma samazināšanai.

 

Vladislavs Stonkus, Ludmila Leite, Kristine Edolfa, Mendel Fleisers, Inta Liepinņa, Andulis Shmidlers, Aija Krumina, Dzintra Rashmane, Luba Ilieva.

Propilpropionāta ketonizācija cinka hromīta katalizatora klātbūtnē

Izpētīta propilpropionāta ketonizācija uz cinka hromīta tipa katalizatora 300-400˚C temperatūrā ūdens tvaiku klātbūtnē. Konstatēts, ka maksimālā ketonizācijas pakāpe (89,7 mol%) pie 99,7% propilpropionāta konversijas tiek sasniegta 350˚C temperatūrā. Kā blakusprodukti reakcijā konstatēti metiletilketons, propanols, propanāls un propionskābe. Izpētīts arī ketonizācijas reakcijas  gāzveida produktu sastāvs un konstatēts, ka pamatā tie ir ūdeņradis  un oglekļa dioksīds. CO, CH4, C2H6 un C3H6 saturs jūtami palielinās 375-400˚C temperatūrā, kad pieaug molekulu destrukcijas īpatsvars. Salīdzināti attiecīgā estera, skābes, aldehīda un spirta, kā arī etilacetāta un propilpropionāta konversijas un ketonizācijas rādītāji. Konstatēts, ka propilpropionāta ketonizācija norit selektīvāk nekā attiecīgā spirta vai aldehīda gadījumā un tikai nedaudz atpaliek no skābes ketonizācijas pakāpes. Secināts, ka esteru ketonizācija uz  hromīta tipa katalizatora ir perspektīva ketonu iegūšanas metode. Propilpropionāta ketonizācijas selektivitāte ir par 2% zemāka kā etilacetāta, un selektivitātes optimums tiek sasniegts šaurākā temperatūras diapazonā.

 

Jolanta Doneliene, Danute  Vančukiniene, Aras Kantautas.

Alumosilikātu gēla vecošanas ietekme uz Na-X ceolīta sintēzi.

Ceolītus plaši izmanto apkārtējās vides piesārņojuma samazināšanai, sadalīšanas procesu zinātniskos un tehnoloģiskos pētījumos. Dabā plaši izplatītos ceolītus sadalīšanas tehnoloģiskos procesos izmanto jau sen. Vienlaicīgi ir liels pieprasījums pēc sintētiskiem ceolītiem, kas no dabas ceolītiem atšķiras ar lielu viendabību un tīrības pakāpi. Darbā tika pētīts sintētiskā ceolīta NaX kristāliskums atkarībā no gēla vecošanas un gēla sintēzes laika. Silikāta un nātrija alumināta šķīdumi tika samaisīti istabas temperatūrā, atbilstoši literatūras [1] datiem, saglabājot izejmateriālu attiecības: Na2O/SiO2 = 1,2; SiO2/Al2O3 = 10 un H2O/Na2O = 23. Nātrija hidroalumosilikātu gēls izveidojās tūlīt pēc silikāta un nātrija alumināta šķīdumu sajaukšanas. Gēla vecošana tika veikta istabas temperatūrā 0, 24, 48 un 72 stundas. Tika noskaidrots, ka lai minētajos apstākļos iegūtu ceolītu ar maksimālo kristāliskumu (40%), gēlam pirms sintēzes ir jāļauj novecot istabas temperatūrā 24 stundas. Šādos nosacījumos ceolīta sintēzes laiks (95 oC) samazinās no 3 stundām līdz 0,5 stundām. No gēla, kura vecošanas laiks bija lielāks, tika iegūts ceolīts ar mazākiem kristāliem. Visu paraugu IS spektri parādīja, ka absorbcijas joslu maksimumi faktiski ir identiski un atrodas robežās no 983-1012 cm-1, 717-756 cm-1, 564-590 cm-1 un 450-465 cm-1. Visu paraugu uzņemtās termogrammas arī bija līdzīgas – ar platu endotermisko efektu, kura maksimums atradās robežās no 135-169 oC (dehidratācija) un mazu eksotrmisko efektu robežās no 853-956 oC (amorfizācija). Iegūtās termogrammas un IS spektri ļauj secināt, ka iegūtie savienojumi ir attiecināmi pie viena ceolīta tipa - Na-X. Ceolīta gēla vecošanu var efektīvi izmantot ne tikai lai samazinātu Na-X ceolītu hidrotermisko kristalizāciju, bet arī lai regulētu kristālu izmērus.

 

Mendel Fleisers, Vladislav Stonkus, Kristine Edolfa, Edmunds Lukevics.

Karbonskābju katalītiskās kross-ketonizācijas mehānisma kvantu ķīmisks pētījums

Izmantojot pusempīrisko kvantu ķīmisko AM1 metodi, pētīts sistēmas etiķskābe/propionskābe kross-ketonizācijas mehānisms SiO2 katalizatora klātbūtnē. Konstatēts, ka mijiedarbībā ar katalizatoru pārsvarā stāsies etiķskābes molekulas, veidojot  virsmas acetāta struktūras.    Propionskābes molekulas reaģē ar aktīvajām daļiņām, kas atrodas gāzes fāzē un pārvēršas par propionilkatjoniem. Reakcija starp acetātu un propionilu noris saskaņā ar bimolekulārās aizvietošanās mehānismu, un tās rezultātā veidojas CO2 un asimetrisks ketons  ─ 2-butanons.

 

Sanita Skudra, Vadims Shakels, Brigita Neiberte, Galija Shulga, Skaidrīte Reihmane.

No Kehras celulozes un papīra rūpnīcas “Horizon” melnā atsārma iegūta sulfātlignīna fizikāli ķīmiskais raksturojums

Pašlaik Baltijas valstīs darbojas tikai viena celulozes rūpnīca Horizon Pulp & Paper Ltd Kehrā, Igaunijā, kas ražo plaša klāsta papīra izstrādājumus iesaiņojumu industrijai. Tas ir arī vienīgais šā brīža lignīna avots Baltijas valstīs. Tomēr līdz šim Kehras celulozes rūpnīcā iegūtā melnā atsārma sastāvā ietilpstošais lignīns nav izpētīts. Mūsu darba mērķis bija no Kehras rūpnieciskā melnā atsārma izdalīt sulfātlignīnu, raksturot tā ķīmisko sastāvu un pārbaudīt virsmas aktīvās īpašības.

Pamatojoties uz darbā iegūtajiem rezultātiem tika konstatēts, ka izdalītais sulfātlignīns pēc saviem rādītājiem būtiski neatšķiras no pārējiem rūpnieciskajiem un komerciālajiem sulfātlignīniem. Noskaidrots, ka ar sulfātlignīna koncentrācijas palielināšanu un šķīduma pH pazemināšanu, sulfātlignīna virsmas aktivitāte šķīdums-gaiss fāzu robežā un eļļa-ūdens emulsijās palielinās. Pie tā lielām koncentrācijām labāka emulsiju stabilitāte novērojama skābā vidē, bet pie mazām – sārmainā vidē, kas izskaidrojams ar dažādiem emulsiju stabilizācijas mehānismiem. Noteikts, ka 0,1 M NaCl klātbūtne šķīdumā labvēlīgi iedarbojas uz sulfātlignīna virsmas aktivitāti, kas saistīts ar sulfātlignīna molekulu hidrofobitātes paaugstināšanos jonu spēka palielināšanās rezultātā.

 

Irēna Zviedre, Anatolijs Mišņovs.

6-Aminohinolīnija dicitrātoborāta dihidrāta sintēze un kristāliskā struktūra

Sintezēts 6-aminohinolīnija dicitrātoborāta dihidrāts [(6‑NH2)C9H6NH][(C6H6O7)2B]·2H2O (I), izaudzēti tā monokristāli un ar monokristālu rentgenstruktūranalīzes metodi noteikta savienojuma pilna kristāliskā struktūra. Kompleksa I kristālisko struktūru veido vienlādiņu spirānu uzbūves kompleksie dicitrātoborātanjoni, 6-aminohinolīnija katjoni un divas kristalizācijas ūdens molekulas.

Komplekso dicitrātoborātanjonu veido divas citronskābes molekulas, kas bidentāti koordinētas pie bora atoma ar centrālās karboksilgrupas un a-hidroksilgrupas skābekļa atomiem. Kompleksā anjona centrālais - bora atoms novietots uz pseidosimetrijas ass C2. 6-Aminohinolīna molekulā protonēts heterocikliskais slāpekļa atoms. Aminohinolīnija katjona neūdeņraža atomi (izņemot aminogrupas slāpekļa atomu) ir planāri robežās ± 0.039(3) Å.

Kristālos veidotas astoņas O─H…O, N─H…O tipu ūdeņraža saites. Kristāliskā struktūra I izvērtēta salīdzinājumā ar iepriekš noteiktām 7-, 8-oksi- un 8-, 4-aminohinolīnija dicitrātoborātu hidrātu kristāliskajām  struktūrām.

Rentgenogrāfisko pētījumu rezultātā noteikta aizvietotāju pozicijas un īpašību ietekme uz vienaizvietoto hinolīnija katjonu veidotajām dicitrātoborātu hidrātu kristāliskajām struktūrām un īpašībām.

C21 H25 N2O16B, triklīnā singonija: P-1 (No. 2), a = 9,346(2) Å; b = 11,326(3) Å; c = 12,646(3) Å; a = 97,46(2)º; b = 106,59(2)º; g = 101,66(2)º; V = 1231,1(5) Å3; Z = 2, ρteorēt = 1,544 g/cm3; ρeksp = 1,529 g/cm3; R = 0,0449, Rw = 0,0795; T = 293 K.

 

Andris Šutka, Gundars Mežinskis.

Sola gēla pašaizdegšanās reakcijas un iegūto produktu raksturojums

Špineļa struktūras tipa niķeļa ferīta (NiFe2O4) un kobalta ferīta (CoFe2O4), kā arī heksagonālas struktūras bārija ferīta (BaFe12O19) pulveri tika iegūti sola-gēla pašaizdegšanās reakcijas rezultātā. Lai iegūtu ferītus,  sākuma stādijā tika izgatavots atbilstošo metālu nitrātu un kompleksu veidotāja  šķīdums, kuru iztvaicējot savukārt tika iegūts gēls. Šķīduma iztvaicēšana notika paaugstinātā temperatūrā, veicot intensīvu maisīšanu. Pēc gēla pašaizdegšanās reakcijas izveidojās atbilstošu oksīdu maisījumi. Iegūtos maisījumus kalcinēja paaugstinātā temperatūrā, iegūstot ferītus ar augstu tīrības pakāpi. Iegūto savienojumu daļiņu un kristalītu izmēri atradās nanometru robežās. Gēlu pašaizdegšanās reakciju iniciēšanas temparatūras noteikšanai tika izmantota termogravimetrijas analīze (TGA). Iegūto oksīdu maisījumu un atsevišķo ferītu savienojumu kristāliskās fāzes un to kristalītu izmēri tika pētīti izmantojot rentgena fāžu analīzi. Ferītu daļiņu izmēri tika raksturoti izmantojot atomu spēku mikroskopiju (ASM) un skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM). Pašaizdegšanās reakcijas rezultātā iegūto produktu morfoloģija tika raksturota pielietojot optisko mikroskopiju.

 

Nikolajs Vedernikovs, Maris Puke, Irena Kruma, Prans Brazdausks.

Etiķskābes iegūšana no bērza koka koksnes pie tās kompleksas pārstrādes

Tehnisko etiķskābi pasaulē ražo 165 kompānijas 8,2 milj. t gadā praktiski tikai no naftas produktiem. Prognozē, ka tās ražošanas apjoms līdz 2015. gadam palielināsies līdz 11,8 milj. t gadā un to papildus daudzumu vajadzēs ražot, galvenokārt, no biomasas. Pēc Valsts meža dienesta Meža departamenta datiem bērza koksne resursi Latvijā sastāda vairāk nekā 150 milj. m3. Pēc kopējās krājas bērzs aizņem otro vietu starp valdošajām koku sugām Latvijā. Tāpēc ir ļoti svarīgi atrast šiem resursiem ekonomiski izdevīgu izmantošanu. Šīs problēmas efektīvākais risinājums varētu būt kompleksa bērza koksne pārstrāde ražojot etiķskābi un citus produktus. Pārstrādājot tikai 1 milj. m3 šīs koksnes atliekas varētu saražot 25 000 t etiķskābes. Tas dos iespēju ekoloģiski tīri un ekonomiski efektīvi pārstrādāt  bērza koksnes atliekas.  Lai atrisinātu šo problēmu, pirmo reizi pasaules zinātniskajā praksē, izmantojot jaunā patentā [1, 2] aprakstītās idejas, izpētīta bērza koksnes hemiceluložu polisaharīdu deacetilēšanās un etiķskābes veidošanās procesa galvenās likumsakarības. Parādīts, ka etiķskābes veidošanās dinamiku un iznākumu ietekmē galvenokārt procesa temperatūra, katalizatora koncentrācija un procesa ilgums. Iegūtie rezultāti būs par pamatu jaunai etiķskābes iegūšanas no bērza koka koksnes tehnoloģijai, par kuras rūpniecisko realizēšanu jau interesējas SIA „LFK” un citas firmas Latvijā.

 

Julija Brovkina, Sanita Skudra, Vadims Šakels, Galija Šuļga, Jurijs Ozoliņš.

Finiera ražošanā izmantojamās bērzu koksnes hidrotermiskās apstrādes modeļa izstrāde

Viens no galvenajiem koksnes pārstrādes veidiem Latvijā ir finiera ražošana. Latvija ir lielākais saplākšņa ražotājs Austrumeiropā. Tiek uzskatīts, ka tas ir efektīgākais un ekonomiskākais  bērza koksnes pārstrādes veids,,  kura viens no  ražošanas procesa etapiem ir koksnes hidrotermiskā apstrāde. Hidrotermisko baseinu notekūdeņi satur ievērojamu daudzumu izšķīdušo un suspendēto vielu, kas daļēji ir atbildīgas par palielinātām ķīmiskā skābekļa patēriņa vērtībām. Darbā tika izveidota un analizēta bērza koksnes hidrotermiskās apstrādes procesa modeļsistēma laboratorijas apstākļos lai noteiktu finiera ražošanas notekūdeņu sastāvu un izstrādātu metodes lignīna izdalīšanai. No finiera ražošanas notekūdeņiem un modeļsistēmas šķīdumiem izdalīja un analizēja sausnu. Analizējamo paraugu elementārais sastāvs, Furjē transmisijas infrasarkanie un ultravioletie spektri norāda uz praktiski vienādu pētāmo paraugu struktūru un funkcionālo grupu daudzumu tajos. Reducētās viskozitātes un virsmas spraiguma vērtību izmaiņu raksturs paraugiem, kas iegūti no finiera ražošanas notekūdeņiem un modeļšķīdumiem ir praktiski vienāds, kas ļauj secināt, ka no šķīdumiem iegūtā sausna satur vienu un to pašu aktīvo komponenti – lignīnu.

 

Nikolajs Vederņikovs, Valdis Kampars, Māris Puķe, Irēna Krūma.

Bērza koksnes lignocelulozes sastāva izmaiņas priekšapstrādes procesā.

Tuvākajā nākotnē lapkoku koksne var būt reāla alternatīva naftai, kā izejviela ķīmijas produktu un motordegvielu ražošanai, galvenokārt bioetanola. Pašlaik bioetanolu galvenokārt ražo ar fermentācijas metodi no graudaugiem. Bet jau tuvākajā nākotnē šo izejvielu ierobežotais daudzums un naftas krājumu samazināšanās pavērs plašas iespējas biomasas izmantošanai bioetanola un ķīmisko produktu, tādu kā furfurola ražošanai. Līdz šim vienlaicīga bioetanola un furfurola ražošana nebija iespējama, jo 40-50% celulozes depolimerizējas furfurola iegūšanas procesā. Izmainot furfurola veidošanās mehānismu paveras iespējas vienlaicīgi atrisināt divas problēmas: palielināt furfurola iznākumu no 50% līdz pat 80% no teorētiski iespējamā un 7 reizes samazināt celulozes depolimerizāciju lignocelulzes atlikumā pēc furfurola iegūšanas. Tāpēc pētāmā procesa galvenā atšķirība ir nevis priekšapstrādes procesā monosaharīdu iegūšana no bērza koksnes, bet gan daudz ekonomiski un ekoloģiski efektīvāka produkta – furfurola iegūšana, kur maksimāli sasniegtais iznākums sastādīja 80,6% no teorētiski iespējamā. Darbā izpētīts bērza koksnes lignocelulozes atlikuma ķīmiskā sastāva izmaiņas priekšapstrādes procesā pie dažādiem galveno procesa parametru intervāliem: temperatūras no 410 K līdz 440 K un procesa ilguma no 10 līdz 120 min. Atrastas ksilozes, glikozes, kopējo monosaharīdu, polisaharīdu un celulozes satura izmaiņu likumsakarības atkarībā no uzrādītajiem procesa parametriem. Parādīts, ka pie temperatūras 420 K celulozes saturs nemainās, bet tās vidējā polimerizācijas pakāpe samazinās līdz 300. Pie temperatūras 420 K un augstāk notiek daļēja celulozes depolimerizācija, kura paaugstinās, paaugstinoties temperatūrai. Balstoties uz šiem un tālākajiem šī procesa teorētiskajiem pētījumiem, var tikt izstrādāta jauna tehnoloģija, kas ietver sevī divu stadiju lapkoku koksnes hidrolīzi, lai vienā procesā iegūtu bioetanolu un furfurolu.

 

Regina Janciene,  Algirdas  Klimavicius, Zita Staniulyte, Stanislava Palaikiene, Jonas  Meskauskas,  Algirdas Palaima.

1,5-Aizvietotu 7-amino-tetrahidro-1,5-benzodiazepīn-2-onu ciklokondensācija ar α,β-nepiesātinātiem ketoniem.

Modificētas Debnera-Millera reakcijas apstākļos pētīta 7-amino-4-metil-1-R1-5-R2-1,3,4,5-tetrahidro-2H-1,5-benzodiazepīn-2-onu (1-R1 = H, CH3, C3H7; 5-R2 = H, CH3, CH2CF3) iedarbība ar α,β- nepiesātinātiem ketoniem – dimetil-2-oksoglutakonātu un metil-4-okso-2-pentenoātu. Ciklizācijai izmantots sauss hlorūdeņraža šķīdums ledus etiķskābē. 7-Amino-4-metil-1-R1-1,3,4,5-tetrahidro-2H-1,5-benzodiazepīn-2-onu (1-R1 = H, CH3, C3H7 un 5-R2 = H) kondensācijā ar dimetil-2-oksoglutakonātu sintezēti jaunas kondensētas heterosistēmas četrcikliski savienojumi ar leņķisku uzbūvi – 4,8-diokso-6,7,8,9-tetrahidro-4H-[1,4]diazepīno[3,2,1-hi]pirido[4,3,2-cd]indolo-2-karbonskābes metilesteri IIa-c. 7-Amino-4-metil-5-alkil-1,3,4,5-tetrahidro-2H-1,5-benzodiazepīn-2-onu (1-R1 = H un 5-R2 = CH3, CH2CF3) reakcijā ar oksoglutakonātu iegūti tricikliski produkti – 2-okso-2,3,4,5-tetrahidro-1H-[1,4]diazepīno[2,3-g]hinolīno-8,10-dikarbonskābes dimetilesteri IIId,e. 7-Amino-1,4-dimetil(vai 4,5-dimetil)-1,3,4,5-tetrahidro-2H-1,5-benzodiazepīn-2-onu reakcijā ar metil-4-oksopentenoātu veidojas 2-okso-2,3,4,5-tetrahidro-1H-[1,4]diazepīno[2,3-g]hinolīno-8-karbonskābes 10-metilaizvietoti atvasinājumi IVb,d. Šiem savienojumiem ir kondensētas heterosistēmas lineāra uzbūve, neatkarīgi no izejas savienojumu diazepīna cikla aizvietotājiem 1- un 5- vietās. Pierādīts, ka policiklisko produktu struktūru, t.i., ciklizācijas reakcijas virzienu nosaka izejas amīnu aizvietotāji 1- un 5- vietās un α,β-nepiesātinātā ketona uzbūve.

 

Indulis Stikāns, Daina Kalniņa, Linda Bušmane.

Noturīgie organiskie piesārņotāji un mazāk zināmās to vidē radītās problēmas.

Ir vispārzināms fakts, ka noturīgie organiskie piesārņotāji ir ļoti mobīli, pārvietojas lielos attālumos un sorbējas gan uz augsnes daļiņām, gan uz sedimentiem. Šie savienojumi solubilizējas virsmas aktīvo savienojumu klātbūtnē. Darbā pētīts,  kā ikdienā lietojamo dažādu mazgāšanas līdzekļu pārstāvju (ziepju un pulveru) klātbūtne ūdens šķīdumos ietekmē poliaromātisko savienojuma pārstāvja - pirēna šķīdību.

Virsmas aktīvie savienojumi ir pamatkomponents mazgāšanas līdzekļiem (pulveriem un ziepēm ), kas paredzēti izmantošanai ūdens šķīdumos. Ievērojami pirēna daudzumi tiek solubilizēti saimniecības ziepju un veļas pulveru izmantošanas rezultātā (pirēna koncentrācijas pieaugums ir robežās no 4.6 līdz 181 reizēm). Virsmas aktīvie savienojumi  uzrāda lielu virsmas aktivitāti pat pie mazām koncentrācijām (diapazons no 0,005 līdz 1 %). Tā kā mazgāšanas līdzekļos uzrādīto virsmas aktīvo savienojumu koncentrācijas ir ļoti dažādas (piem., <5%; 5-15%; 15-30%), tad balstoties uz šīm virsmas aktīvo savienojumu  koncentrācijām, nav iespējams iegūt zinātniski korektus rezultātus laboratorijas apstākļos. Dažādu mazgāšanas līdzekļu izmantošanas apjoms, saskaņā ar Latvijas Statistikas pārvaldes datiem, ar katru gadu būtiski pieaug, sevišķi pieaug nejonogēno un katjonaktīvo virsmas aktīvo savienojumu daudzums.Ir jāvelta īpaša uzmanība nacionālo stratēģiju izstrādei virsmas aktīvo vielu kontrolei un ierobežošanai piesārņotos mazgāšanas ūdeņos un notekūdeņos. Kā pirmais solis tiek ierosināts nodrošināt Latvijas likumdošanu un normatīvos aktus ar efektīvām kontroles sistēmām, ne tikai kopējo virsmas aktīvo savienojumu  noteikšanai, bet arī specifiski nejonogēnajiem un katjonaktīvajiem virsmas  aktīvajiem savienojumiem.

 

Uldis Sedmalis, Gaida Sedmale, Ingunda Sperberga.

Alumīnija silikāti un to veidošanās iežos un tehnoloģiskos izstrādājumos

Zināmi četri alumīnija silikātu minerāli – kianīts, andaluzīts, silimanīts, kuru kopējā formula ir Al2O3·SiO2  un mullīts, kura formula ir 3Al2O3·2SiO2. No tiem visbiežāk un tikai metamorfos iežos sastopami pirmie trīs nosauktie minerāli, kas izveidojušies augsta spiediena un temperatūras apstākļos. Mullīts kā minerāls iežos ir reti sastopams, jo mullīta molekulārais tilpums ir trīs reizes lielāks par kianīta grupas minerālu molekulāro tilpumu. Kianīta grupas minerālus pie normāla spiediena, neatkarīgi no temperatūras, tehnoloģiski iegūt nav iespējams. Savukārt, mullītu tehnoloģiski var iegūt augstās temperatūrās un tikai pie normāla spiediena, t.i. apstākļos, kad nepastāv molekulāro tilpumu ierobežojoši faktori. Rakstā dots arī mineralizatora klātienes nozīmes skaidrojums mullīta veidošanās procesā.

 

Olivers Jarviks, Inna Kameneva.

Aktīvo dūņu ozonēšana periodiskas darbības reaktorā

Rūpniecisko un sadzīves notekūdeņu attīrīšanai plaši tiek lietota aerobā bioloģiskā oksidēšanās. Rūpnieciskie notekūdeņi bieži satur dažādas krāsvielas, toksiskas vielas, kuru biodegradēšana ir apgrūtināta.

Tādu problemātisko notekūdeņu attīrīšanai ir izstrādātas dažādas metodes, kas iekļauj sevī aerobās oksidēšanās un ozonēšanas kombināciju.

Dotās metodes ļauj samazināt notekūdeņu toksicitāti, uzlabot to biodegradāciju un kvalitāti, tomēr būtiski palielina procesa izmaksas, īpaši pie augstām ozona devām. Minēto trūkumu ir iespējams pārvarēt, izmantojot integrētu procesu, kad ozona ievadīšana notiek tieši bioreaktorā ar mērķi daļēji oksidēt bioloģiski grūti degradējošas un mikroorganismiem toksiskas vielas. Svarīga problēma ir ozona nepieciešamās dozas noteikšana, kas būtu pietiekoša attīrīšanas procesa efektivitātes palielināšanai, bet lai vienlaikus nenotiktu bioloģisko procesu inhibēšana.

Šī darba mērķis bija noteikt ozona dažādu devu ietekmi uz fenolu saturošu notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas efektivitāti (pēc ĶSP, BSP un rezorcīnu koncentrācijas) un uz dzīvo mikroorganismu daudzumu aktīvās dūņās. (pēc ATF daudzuma). Eksperimenti tika veikti kā nepārtrauktās darbības reaktorā (ozona deva 2,45 mg O3/l), tā arī  periodiskās darbības reaktoros (ozona deva 58 mg O3/g aktīvo dūņu , kas aptuveni ir 80 mg O3/l).

Eksperimentāli tika noteikts, ka nepārtrauktās darbības reaktorā nelielu ozona devu ievadīšana palielina fenolus saturošu notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas efektivitāti  pēc ĶSP ( aptuveni par 3%),taču kumulatīvi ievadītā ozona devas  pieaugums no 45 līdz 56 mg O3/g aktīvo dūņu izsauc aktīvo dūņu koncentrācijas  samazināšanos, vienlaicīgi  samazinājās  procesa pH un tā kopējā efektivitāte.

Periodiskās darbības reaktoros veiktie eksperimenti parādīja, ka izmantojot ozona integrēšanas procesu, rezorcīnu koncentrācija samazinājusies aptuveni divas reizes ātrāk, nekā tradicionālajā bioreaktorā. Vienlaikus, pamatojoties uz dzīvo aktīvo dūņu daudzuma noteikšanu (pēc ATF) var secināt, ka ozona ietekme uz dūņu aktivitāti ir atkarīga no to  vielu klātbūtnes notekūdeņos, kuras reaģē ar ozonu ātrāk par mikroorganismiem. Ja tādu vielu nav, tad ozons iedarbojas uz  mikroorganismiem, kas būtiski samazina kopējo attīrīšanas efektivitāti. ATF koncentrācijas noteikšana (vai jebkāda cita analīzes metode, kas tiek izmantota dzīvu aktīvo dūņu daudzuma noteikšanai) ir ārkārtīgi svarīga ozonēšanas, kā metodes, novērtēšanai. Ozonēšanas ietekme uz notekūdeņu bioloģisko attīrīšanu ir atkarīga no notekūdeņu un aktīvo dūņu sastāva, ko ir iespējams noteikt tikai eksperimentāli.

 

Lidija Kosihova, Zita Stumbrevičute, Regina Janciene, Vida Ragalevičiene, Lina Pleckaitiene, Zita Staniulite, Dalia Puodžiunaite, Algirdas Palaima.

Jaunu 5,6-dihidro-4H-[1,2,4]triazolo[4,3-a][1,5]benzodiazepīnu sintēze.

Sintezēta virkne jaunu 5,6-dihidro-4H-[1,2,4]triazolo[4,3-a][1,5]benzodiazepīnu. Sintēzei nepieciešamās izejvielas 2,3-dihidro-1H-1,5-benzodiazepīnhidrazīni iegūti attiecīgo 2,3-dihidro-1H-1,5-benzodiazepīn-2-tionu reakcijā ar hidrazīnhidrāta pārākumu metanola šķīdumā un istabas temperatūrā. Visi 2,3-dihidro-1H-1,5-benzodiazepīnhidrazīni ir kristāliskas vielas. Heterocikliskie 4H-[1,2,4]triazolo[4,3-a][1,5]benzodiazepīni iegūti kondensējot [1,5]benzodiazepīna hidrazīnus ar trietilortoformiātu vai trietilortoacetātu ksilolā. Ksilola izvēli ciklizācijas reakcijai noteica eksperimenta rezultāti. Izmantojot šai reakcijai šķīdinātājus ar dažādu polaritāti un viršanas temperatūru – metanolu, izopropanolu, ksilolu, konstatēts, ka reakcijas norises laiks ir atkarīgs no šķīdinātāja viršanas temperatūras. Jāpiezīmē, ka augsti virstoša šķīdinātāja izmantošana palielina arī reakcijas produktu iznākumu. Novērots, ka elektrondonoro 5N-metilgrupu saturošā [1,5]benzodiazepīna hidrazīnu gadījumā ciklizācija notiek ilgāk un ar mazāku reakcijas iznākumu, nekā elektronakceptorās  karbomoil- vai acetilgrupas saturošo [1,5]benzodiazepīna hidrazīnu gadījumā. 1HKMRspektros cikliskiem triazoliem raksturīgo singletu ar ķīmiskām nobīdēm 8,32 – 8,46 ppm vai 2,47-2,56 ppm esamība norāda uz heterociklisko 5,6-dihidro-4H-[1,2,4]triazolo[4,3-a][1,5]benzodiazepīnu vai 5,6-dihidro-1-metil-4H-[1,2,4]triazolo[4,3-a][1,5]benzodiazepīnu veidošanos. Jauno 2,3-dihidro-1H-1,5-benzodiazepīnhdrazīnu un triciklisko  4H-[1,2,4]triazolo[4,3-a][1,5]benzodiazepīnu struktūras pētītas ar IS, 1H un 13C kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopijas metodēm un apstiprinātas ar elementanalīžu rezultātiem

 

Artūrs Zarins, Arnis Supe, Gunta Kizane, Regīna Knitter, Ingars Reinholds, Aigars Vitins, Vija Tilika, AndrisActins.

Nestehiometrisku litija ortosilikāta lodīšu radiolīze

Viena no kodolsintēzes reaktoru tehnoloģijas galvenajām problēmām ir litiju saturošo tritiju atražojošo materiālu (Li4SiO4 vai Li2TiO3) sastāva un struktūras izmaiņas ilgstošas ekspluatācijas gaitā. Šī darba mērķis bija izpētīt Li4SiO4 keramikas lodīšu sastāva un struktūras izmaiņas paātrināto elektronu starojuma (E = 5 MeV, dozas jauda līdz 88 MGy•h-1, absorbētā doza līdz 10,6 GGy) iedarbības rezultātā 542-570 K temperatūrā.

Ar kausējuma izsmidzināšanas metodi tika iegūtas trīs dažādu tipu nestehiometriskas (ar 2,5 masas % SiO2 pārpalikumu) litija ortosilikāta keramikas lodītes (Schott AG, Mainz, Vācija): lodītes ar diametru līdz 50 µm un grauda izmēru 1 µm (atdedzinātas 1 stundu līdz 1073 K), lodītes ar diametru līdz 50 µm un grauda izmēru 8 µm (atdedzinātas 128 stundas līdz 1173 K) un lodītes ar diametru no 450 µm līdz 560 µm un grauda izmēru 10 µm (atdedzinātas 168 stundas līdz 1243 K). Radiolīzes produktu noteikšanai tika izmantota Furjē spektroskopija un rentgenstruktūranalīze, bet radiācijas defekti tika pētīti ar elektronu paramagnētiskās rezonanses (EPR) un termostimulētās luminiscences (TSL) metodēm.

Ar Furjē spektroskopijas un rentgenstruktūranalīzes metodēm tika konstatēta jaunu fāzu veidošanās līdz 10,56 GGy apstarotās lodītēs. Tika konstatēta LiOH, Li2CO3, Li2SiO3 un Li6Si2O7 veidošanās. Apstarotu lodīšu EPR spektros tika novērotas jonradikāliem SiO43- (HC2) un SiO33-(E’) atbilstošas līnijas, bet F+ centri tika novēroti tikai 1073 K 1stundu atdedzināto lodīšu spektros. Visu 3 lodīšu veidu TSL līknēs tika novēroti 4 maksimumi, bet TSL optiskajos spektros ir redzama tikai viena plata josla ar maksimumu 3,5 eV. Iegūto rezultātu kopums ļauj secināt, ka 1243 K temperatūrā 168 stundas atdedzinātās lodītes ar diametru 450 līdz 560 µm un vidējo grauda lielumu 10 µm ir radiācijas izturīgākas salīdzinājumā ar divu pārējo tipu lodītēm.

 

Vija Hodireva, Inese Sidraba, Edgars Purviņš

Augšdevona dolomīta litoloģiski morfoloģiskie tipi Rīgas Kultūrvēsturiskajos pieminekļos

Vietējais Latvijas dolomīts plaši izmantots tagadējās Rīgas pilsētas un apkārtnes teritorijā esošajās viduslaiku kultūrvēsturiskajās celtnēs. Kultūrvēsturiskajos pieminekļos izmantotā dolomīta litoloģisko tipu identifikācija sniedz gan kultūrvēsturiski nozīmīgu informāciju, gan dod iespēju kultūrvēsturiskā objektā pielietotajam dolomīta litoloģiskajam paveidam piemeklēt atbilstošāko paveidu mūsdienu dolomīta ieguves vietās, kas būtu pielietojams kultūrvēsturiska objekta restaurācijā. Litoloģisko tipu identifikācijas metodika kultūrvēsturiskajos pieminekļos veidota pēc ģeoloģiskajos pētījumos lietotās struktūrģenētiskās klasifikācijas principa, ievērojot kultūrvēsturiskā mantojuma dokumentācijas un izpētes nosacījumus un vienlaikus saglabājot mineraloģiskās un petrogrāfiskās izpētes metodiskos pamatprincipus. Darba rezultātā izstrādāta un aprobēta Latvijas augšdevona dolomīta litoloģisko tipu rekognoscijas un identifikācijas metode, kas rekomendējama praktiskai lietošanai kā nedestruktīva sākotnējā iežu izpētes metode Kultūrvēsturiskajos pieminekļos.

 

Uģis Grīnbergs, Jānis Kajaks, Skaidrīte Reihmane.

Ekoloģiski perspektīvu adhezīvu izmantošana koksnes savienošanai

Darbā veikti pētījumi par videi draudzīgāku adhezivu izmantošanas iespējām koksnes līmēšanai līdz šim bieži lietoto termoreaktivo fenola-formaldehīda līmju vietā. Konkrēti, bērza finiera savienošanai izmantoti līmes-kausējumi uz augsta blīvuma polietilēna un poliuretānu šķiedru tekstilapstrādes atlikumu bāzes, kā arī nemodificēta (LS) un modificēta  lignīna (NLS) adhezīvi un to maisījumi ar diizocianātu. Adhezīvās mijiedarbības starp finiera loksnēm un iegūtā saplākšņa ūdens izturības palielināšanai izmantots starpfāzu modifikators 4,41 difenilmetāna diizocianāts (DIC). Bīdes stiprības un ūdens izturības pētījumu rezultāti, kas iegūti sagraujot finiera pārlaidsavienojumu adhezīvos paraugus, parāda, ka visus izmantotos adhezīvus ir iespējams pielietot finiera salīmēšanai un dažādas kavalitātes saplākšņu ražošanai. DIC izmantošana finiera salīmēšanai dod ievērojamu adhezīvās stiprības un saplākšņa ūdens izturības pieaugumu. Sajaucot DIC ar nemodificētu lignīnu vai modificētu lignīnu un izmantojot tos finiera līmēšanai, novēro atšķirīgus rezultātus. Pētījumos konstatēts, ka pirmo adhezīvu maisījumu sistēmu (DIC+LS) var izmantot saplākšņos, kas paredzēti tikai iekšdarbiem, jo tiem nav pietiekami laba ūdens izturība, bet otrie adhezīvu maisījumi (DIC+ NLS) piedod saplākšņiem lielisku ūdens izturību, kas ļauj tos  izmantot  arī āra apstākļos.

 

Olita Medne, Ilo Dreijers, Līga Bērziņa, Līga Bērziņa – Cimdiņa

Pētījumi par putu polistirola bloku neviendabīgumu izmantojot izejmateriālu ar dažādu granulometrisko sastāvu

Pētīta divu dažādu veidu polistirola daļiņu granulometrija, kā arī izejmateriāla daļiņu sakārtojuma ietekme, uz  lielizmēra bloku viendabīgumu. Saražoto bloku mehānisko īpašību pārmērīga neviendabība var radīt mehānisko deformāciju un defektīvu gala produktu. Saražoto lielizmēra polimēra bloku viendabību raksturoja ar spiedes spriegumu pie 10% deformācijas, tilpummasu un mikrofotogrāfiju paraugiem, kas tika ņemti no saražotajiem blokiem noteiktās vietās telpiskajā režģī.

 

Tatjana Sadirbajeva

Dzelzs(III)  membrānekstrakcija ar difeniltiokarbamīdu  pallādija(II) klātbūtnē

Izpētīts dzelzs(III) un pallādija(II)  membrānekstrakcijas process no bināriem sālsskābiem šķīdumiem, kas satur 8,1∙10-2 М FeCl3 un 6,7∙10-3 M H2PdCl4  ar  šķidrām membrānam difeniltiokarbamīds−1,2-dihloretāns galvanostatiskās elektrodialīzes apstākļos. Parādīts, ka šķidrās membrānas nodrošina efektīvu dzelzs(III)  atdalīšanu no pallādija(II)  reekstrakcijas stadijā (metālu sadalīšanas koeficienti pārsniedz 100). Domājams, ka dzelzs(III)  anjonu pārnese caur šķidrām membrānām noris jonu asociātu veidā ar katjonu, ko veido pallādija(II) koordinatīvi solvatēts komplekss ar difeniltiokarbamīdu PdL4Cl∙FeCl4. Noskaidrota uztvērējšķīduma un šķidrās membrānās sastāva, elektrodialīzes strāvas blīvuma ietekme uz dzelzs(III) pārneses ātrumu. Noteikts, ka paaugstinot strāvas blīvumu no 0 līdz 5,6 mA/cm2 un palielinot membrānekstrakcijas procesa ilgumu līdz 80 minūtēm, pieaug dzelzs(III) jonu reekstrakcijas pakāpe uztvērējšķīdumā. Noteikts, ka difeniltiokarbamīda koncentrācijas palielināšana organiskājā fāzē no 0,05 līdz 0,13 M un skābes raksturs uztvērējšķīdumā maz ietekmē dzelzs(III) un pallādija(II)  membrānekstrakcijas ātrumu un selektīvitāti.