Каталитические реакции в поверхностных нанореакторах
Купить эту работу | Вид работы — Курсовая работа; Цена — 500 руб.; Год — 2006; Страниц — 23
Тема работы:
Каталитические реакции в поверхностных нанореакторах
Содержание:
Содержание
Содержание 2
Введение 3
1. Обзор литературы 4
1.1 Нанореакторы на основе мицелярных растворов 4
1.2 Поверхностный нанореактор 5
1.3 Амфифильные макромолекулы 8
1.4 Кинетика ферментативных реакций 10
2. Постановка задачи и модель системы 11
3. Полученные результаты и их обсуждение 15
3.1 Начальная скорость реакции в зависимости от радиуса капель 15
3.2 Зависимость начальной скорости реакции от объемной доли субстрата
18
3.3 Химически контролируемая реакция 20
Заключение 22
Список литературы 23
Введение
Введение
Решение проблемы ускорения и контроля химических реакций имеет большое значение для тонкой химической технологии и фармацевтики. Одним из современных методов, призванных решить эту задачу, является проведение реакций в нанореакторах, когда реагенты концентрируются в объемах размера нескольких нанометров, где собственно и проходит реакция.
В настоящее время в качестве нанореакторов используются различные микро и наноструктурированные среды, такие, например, как мицеллярные растворы и растворы эмульсий и т.д. Ясно, что эффективность работы нанореакторов определяется не только свойствами наноструктурированных сред, но и свойствами реагентов. Так водные растворы мицелл широко используются в качестве среды нанореакторов при проведении реакций между гидрофобными веществами. С другой стороны, ясно, что такой раствор не может быть эффективно использован, если в качестве реагентов выступают гидрофильные вещества.
В случае, когда реагенты являются поверхностно-активными веществами, разумно использовать в качестве нанореакторов любые среды с хорошо определенной межфазной границей, например, растворы эмульсий. Такого сорта наноректоры были предложены в недавних работах в группе А.Р. Хохлова, где были проведены теоретические исследования возможности эффективного управления реакциями посредством концентирования поверхностно-активных субстрата и катализатора на поверхности сферических капель эмульсий.
Целью данной работы было компьютерное моделирование каталитической реакции в эмульсии для случая поверхностно-активных катализатора и субстрата.
4
1. Обзор литературы
В последнее время пользуются интересом исследования в области ускорения химических реакций. Перспективной темой в этом направлении являются нанореакторы, в этом случае реагенты концентрируются в небольших объемах (порядка нескольких нанометров), в которых и происходит реакция. В качестве нанореакторов могут использоваться мицелярные растворы и растворы эмульсий.
1.1 Нанореакторы на основе мицелярных растворов
В статье [1] изложены и систематизированы имевшиеся на момент
написания статьи данные о реакциях в растворах, содержащих мицеллы. На момент написания этого обзора (1973 г.) существовало уже более 50 работ по данной теме. В обзоре описаны возможные механизмы прохождения реакций внутри мицелл.
Уделено также большое внимание возможности концентрирования реагентов внутри мицеллы, и тому, как это влияет на скорость реакции. Для описания перераспределения концентраций веществ в растворе с мицеллами предложена модель псевдофаз. В ней внутренний объём мицелл описывается как отдельная фаза. Сделаны допущения, что объёмная доля мицелл в растворе мала, концентрации реагентов внутри и вне мицелл малы, равновесное распределение реагентов между разными фазами системы в ходе реакции устанавливаются моментально, и образующийся в ходе реакции продукт никак на её ход не влияет.
С помощью этой модели объясняется зависимость скорости реакции от концентрации ПАВ, из которого состоят мицеллы. Показано, что при малой концентрации ПАВ объёмная доля его мицелл мала, и из-за этого концентрирование реагентов внутри мицелл мало увеличивает скорость реакции. Если же объёмная доля мицелл в растворе велика, то концентрации реагентов внутри них малы, так как происходит разбавление реагентов в объёме мицелл, поэтому ускорение реакции оказывается, опять же,
5
5
небольшим. Максимальное ускорение реакции происходит при некоторой оптимальной промежуточной между этими крайними случаями объёмной доле мицелл.
1.2 Поверхностный нанореактор
Одним из возможных наноре
Литература
Список литературы
1. И. В. Березин, К. Мартинек, А. К. Яцимирский "Физико-химические
основы мицеллярного катализа" Успехи Химии, 1973, 10, 1729-1755.
2. B. В. Василевская, A. A. Аэров, А. Р. Хохлов "Каталитические
реакции в эмульсиях для случая поверхостно-активных
катализатора и субстрата: оптимальный размер капель" Доклады
Академии Наук, 2004, том 398, 6, с. 1-5.
3. V. V. Vasilevskaya, A. A. Aerov, A. R. Khoklov "Control of reactions
between surfactant reagent in miniemulsions. Surface nanoreactors"
Colloid Polym Sci, 2006, 284, 459-467.
4. М. В. Волькенштейн "Биофизика" Москва, "Наука", 1981.
5. B. Rokita, P. Ulanski "Studies on the spatial distribution of polymeric
reagents in sonochemical reactions application of competitive
kinetics" Polimery, 2005, 50, nr1, 29-36.
6. I. M. Okhapkin, E. E. Makhaeva, A. R. Khokhlov "Two-dimensional
classification of amphiphilic monomers based on interfacial and
portioning properties. 1. Monomers of synthetic water-soluble
polymers" Colloid Polym Sci, 2005, 284, 117-123.
7. V. V. Vasilevskaya, P. G. Khalatur, A. R. Khoklov "Conformational
Polymorphism of Amphiphilic Polymers in a Poor Solvent"
Macromolecules, 2003, 36, 10103-10111.
8. В. А. Иванов "Методы компьютерного моделирования в
статистической физике" 2005.
9. B. Albaharu, P. Drayton, T. Neward "C# in a Nutshell, 2nd Edition"
O'Reilly, 2003.
10.А. Ю. Гросберг, А. Р. Хохлов "Статистическая физика
макромолекул" Москва, "Наука", 1989.
