CC BY
13Journal of Siberian Federal University. Chemistry 2 (2015 8) 287-300
УДК 547.022.1
Optimization of the Process of Synthesis of Lignin Phenol -Formaldehyde Organic Aerogels
Nadezhda M. Mikovaa, Ludmila I. Grishechkoa and Robert Z. Penb*
aInstitute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS 50-24 Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia bSiberian State Technological University 82 Mira, Krasnoyarsk, 660049, Russia
Received 24.03.2015, received in revised form 15.04.2015, accepted 15.05.2015
The method of experimental statistical analysis was applied to study the effect of mass ratio of phenol and lignin (factor X1) and the weight ratio of thereof mixture with formaldehyde (factor X2) on the values of specific parameters of the porous structure obtained organic lignin - phenolformaldehyde aerogels. Based on the evaluation of the mathematical model was established that under the observance terms of Xj = 0,65-0,78 and X2 = 1,7 the maximum predicted values of the specific surface area and mesopore volume of obtained organic aerogels are 485 m2 /g and 1,83 cm3/g, accordingly. Under optimal values of Xj = 0.25, and X2 = 1.25 calculated values reach a macropore volume of 4.05 cm3 /g and total pore volume - 4.67 cm 3 /g.
Keywords: lignin, formaldehyde, lignin - phenol- formaldehyde gel, optimization process, mathematical model, porous structure, surface area, pore volume.
DOI: J0.J 7516/1998-2836-2015-8-2-287-300.
© Siberian Federal University. All rights reserved
* Corresponding author E-mail address: [email protected]
Оптимизация процесса синтеза лигнин-фенол-формальдегидных органических аэрогелей
Н.М. Миковаа, Л.И. Гришечкоа, Р.З. Пенб
аИнститут химии и химической технологии СО РАН Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/24 б Сибирский государственный технологический университет Россия, 660049, Красноярск, пр. Мира, 82
Методом экспериментально-статистического анализа изучено влияние массового соотношения фенола и лигнина (Хц) и массового соотношения их смеси с формальдегидом (Х2) на значения параметров пористой структуры получаемых органических лигнин-фенол-формальдегидный аэрогелей. На основании оценки полученной математической модели установлено, что при соблюдении условий Хг = 0,65-0,78, а Х2 = 1,7 прогнозируемые максимальные значения удельной поверхности и объема мезопор получаемого органического аэрогеля составляют 485 м2/г и 1,85 г/см3 соответственно. При оптимальных значениях Хг = 0,25, аХ2 = 1,25рассчитанные значения объема макропор достигают 4,05 см3/г, а общего объема пор - 4,67 см3/г.
Ключевые слова: лигнин, формальдегид, лигнин-фенол-формальдегидный гель, процесс оптимизации, математическая модель, пористая структура, удельная поверхность, объем пор.
Введение
Аэрогели представляют собой специфический класс материалов органической или углеродной природы с низкой плотностью и с большим объемом внутренних открытых пор, образованных полимерной структурой жестко связанных макрочастиц. Этот жесткий каркас занимает малую часть объема аэрогеля - почти весь объем приходится на поры [1]. Аэрогели как пористые материалы, обладающие низкой плотностью, высокой удельной поверхностью, низкой теплопроводностью, имеют широкие возможности для их дальнейшего применения. В органической форме гели могут быть использованы для доставки лекарственных средств [2], теплоизоляции [3], адсорбции летучих соединений, звукоизоляции и в катализе [4, 5]. Область применения аэрогелей варьируется в зависимости от их природы и конечных текстурных свойств, которые определяются условиями их приготовления.
Как правило, органические гели получают путем золь-гелевой полимеризации мономеров с альдегидами. Формальдегид является наиболее часто используемым альдегидом в качестве сшивающего агента при приготовлении гелей. Первый органический аэрогель, полученный из резорцина и формальдегида, был описан Пекала еще в 1989 г. К настоящему времени резорцин-формальдегидные гели наиболее изучены и широко исследованы в различных областях [6-8].
Тем не менее высокая стоимость исходного сырья и многоступенчатая методика получения препятствует массовому производству резорцин-формальдегидные гелей, что мотивирует поиск новых путей синтеза и новых, более дешевых сырьевых источников, из которых можно получать подобные материалы.
Актуально использование доступных природных ресурсов в качестве сырья для получения гелей. Первые синтезированные органические гели из натуральных компонентов - это гели на основе целлюлозы [9-11]. Также сообщается о перспективном использовании хитина [12] и различных полисахаридов [2, 13] для получения аэрогелей. Известно, что и другие соединения, такие как фенол, полиолефины и танин, могут успешно заменить резорцин при получении органических гелей.
Авторами работ [1, 14, 15] продемонстрировано, что аэрогели на основе фенола - это преимущественно микро-, мезопористые объекты, характеризующиеся хорошо развитой поверхностью до 600 г/м2 и достаточно узким распределением пор по размеру в диапазоне от 2 до 4 нм. Пористость таких материалов может достигать 90 %.
Кроме того, танины могут успешно заменить резорцин при получении аэрогелей [16, 17]. Наиболее высокая концентрация таких соединений сосредоточена в коре дерева, например сосны, дуба или мимозы.
Лигнин, имеющий в своем составе структуры фенольного типа, позволяет рассматривать его также в качестве перспективного сырьевого источника для получения пористых материалов с уникальными свойствами, в частности органических лигнин-фенол формальдегидных аэрогелей [18].
Проведенный анализ литературных источников показал, что актуальные направления исследований связаны с подбором доступных и экологически безопасных возобновляемых источников природного органического сырья для получения аэрогелей. Наиболее изучены такие параметры гелей, как кажущаяся плотность, общая пористость, удельный объем пор, распределение пор по размерам, удельная площадь поверхности и объем микро-, мезо- и макропор.
Аэрогель - объект с хрупкой структурой, которая обычно выращивается в жидкой фазе, а затем требуется освобождение жидкости, находящейся внутри него. Поэтому аэрогель можно получить, выполняя определенную цепочку технологических операций и поддерживая при этом требуемые параметры соответствующего процесса.
Задачей математической оптимизации синтеза органических лигнин-фенол-формальдегидных аэрогелей являлась оценка влияния независимых факторов (концентрация исходных реагентов - лигнина и фенола, прореагировавших с формальдегидом) на значения выходных параметров пористой структуры получаемых из лигнина гелей (удельная поверхность, общий объем пор, объем мезопор и объем макропор).
Экспериментальная часть
Настоящая методика оптимизации осуществлена для математического моделирования условий, обеспечивающих наилучшие характеристики пористости при получении органических аэрогелей методом золь-гель-полимеризации лигнина и фенола, используемого в качестве сополимера, с формальдегидом.
Математическая обработка результатов выполнена средствами пакета прикладных программ Statgraphics Centurion XVI, блок DOE (Design of Experiment), процедура Response Surface [19].
Было исследовано влияние двух переменных факторов:
Х1 - массовое соотношение фенола и лигнина (в тексте и на рисунках принято обозначение «Фен/Л»);
Х2 - массовое соотношение смеси лигнина с фенолом и формальдегида (в тексте и на рисунках «(Л + Фен)/Ф»).
Остальные условия эксперимента: температура смешивания реагентов, температура и продолжительность гелеобразования (5 сут при 85 °С), способ сушки, доля суммарного количества веществ в гелях в пересчете на сухую массу (лигнина, фенола, формальдегида) 26 % -оставались неизменными во всех опытах.
Результаты опытов характеризовали следующими выходными параметрами - свойствами аэрогелей:
SB:3T - удельная поверхность, м2/г;
Vмез - удельный объем мезопор, см3/г;
Vмак - удельный объем макропор, см3/г;
Упор - общий объем пор, см3/г.
Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 1.
Результаты и обсуждение
В табл. 1 приведены результаты полученных экспериментальных величин.
Результаты математической обработки для каждого выходного параметра в отдельности приведены ниже. В табл. 2 даны результаты дисперсионного анализа для SB:3T.
Таблица 1. Влияние состава исходной смеси компонентов на характеристики получаемых органических лигнин-фенол-формальдегидных аэрогелей
Массовое соотношение компонентов Величины выходных параметров процесса
Фен/Л Xi (Л+Фен)/Ф Х2 удельная поверхность, Ббэт, м2/г объем мезопор, Умез, см3/г объем макропор, Умак, см3/г общий объем пор, Упор, см3/г
0,25 1,7 334 1,29 2,24 3,63
0,43 1,7 400 2,26 0,46 2,86
0,67 1,7 451 1,58 0,51 2,23
1,0 1,7 486 1,18 0,39 1,72
1,5 1,7 176 0,10 0,25 0,41
0,43 1,25 269 0,82 3,14 4,05
0,67 1,25 371 1,56 1,61 3,29
1,0 1,25 405 1,81 0,79 2,73
1,5 1,25 198 0,21 0,17 0,44
Удельная поверхность
Дисперсионный анализ выявил, что существенный вклад в суммарную дисперсию выходного параметра вносят оба фактора. На это указывают высокие значения дисперсионных отношений (они определяются как отношение средних квадратов, связанных с каждым из ис -точников дисперсии, к остаточной сумме средних квадратов), называемые также эффектив-ностями влияния. Считается (хотя это не формализовано), что в большинстве случаев приемлемой можно считать эффективность F > 5.8. Аналогично интерпретируется информация, содержащаяся в последнем столбце таблицы. Влияние источника дисперсии на выходной параметр считается статистически значимым, если уровень значимости меньше 0,05; этому соответствует доверительная вероятность (1 - 0,05)^100 = 95 %. В рассматриваемой задаче только значимость вклада от источника дисперсии Х1 оценивается с меньшей доверительной вероятностью, равной (1 - 0,1459) ^100 = 85 %.
Зависимость 8БЭТ от переменных факторов процесса аппроксимирована уравнением регрессии второго порядка
S^t = -653 + 1486 X1 + 457 Х2 - 590 Xj2 - 330 XX (1)
Качество аппроксимации характеризуется коэффициентом детерминации R2 (близким по смыслу к коэффициенту множественной корреляции между выходным параметром 8БЭТ и независимыми переменными). В рассматриваемой задаче этот коэффициент имеет высокое значение R2 = 97,9 %, что может указывать на хорошее качество аппроксимации (максимально возможная величина коэффициента детерминации 100 %). Следует, однако, иметь в виду, что величина этого показателя зависит от числа степеней свободы: при большом числе степеней свободы эта зависимость проявляется слабо и не влияет в заметной степени на интерпретацию результатов, однако при небольшом числе опытов величина R2 может оказаться очень завышенной. В этом случае более надежной будет оценка Radj2 с поправкой на число степеней свободы (последняя строка в таблице дисперсионного анализа). В рассматриваемом случае величины R2 и Radj2 достаточно близки между собой и к 100 %. Это позволяет говорить об адекватности
Таблица 2. Сводка дисперсионного анализа для удельной поверхности органических аэрогелей из лигнина
Источники дисперсии Суммы квадратов Степени свободы Средние квадраты Дисперсионные отношения F Уровни значимости P
Х Фен/Л 1616,1 1 1616,1 3,25 0,1459
Х2: (Л+Фен)/Ф 11912,0 1 11912,0 23,93 0,0081
X 67192,3 1 67192,3 134,99 0,0003
Х1Х2 8007,6 1 8007,7 16,09 0,0160
Остаточная сумма 1991,0 4 497,7 - -
Общая сумма 94460,0 8 - - -
Я2, % 97,9 - - - -
Я^2 с поправкой на число степеней свободы, % 95,8 - - - -
уравнения (1) результатам наблюдений и использовать его в качестве математической модели изучаемого процесса.
Прогностические свойства уравнения (1) наглядно демонстрируются рис. 1, на котором сравниваются значения выходного параметра SБЭТ, наблюдавшиеся в эксперименте, со значениями, прогнозируемыми по модели.
Прямая линия соответствует расчетным (прогнозируемым) значениям SБэт, точки — результатам наблюдений. Близость «экспериментальных точек» к прямой линии подтверждает хорошие прогностические свойства уравнения (1).
Математическая модель использована для графического отображения (в виде поверхности отылика) зависимости выходного пармметра SБЭт от переменных факторов Х1 и Х2 (рис. 2).
На рис. 2 приведены двумерные сечения трехмерной поверхности отклика, наглядно демонстрирующие влияние данных переменных факторов на выходной параметр S БЭГ. Точка «оптимума» соответвтвует маусимальному прогнозируемому значению в исученной о бласто фаиторного пространствв. Моксимальное прогнозируемое значенав SБЭГ■ = 485 м2/г достигается
Нгес1И><1
Рис. 1. Резульатиы наблюдений (точки) против значений выходного параметра SБэъ прогнозируемых математической моделью
Рис. 2. Поверхность отклика зависимости ВБЭГотпеременных феккоров процесса
согласно вычислениям по математической модели в точке, соответствующей следующим значениям переменных факторов: соотношение Фен/Л (фактор Х^ 0,783; соотношение (Л + Фен)/Ф (фактор Х2) 1,70.
Объем мезопор
В табл. 3 приведены результаты дисперсионного анализа для объема мезопор органических аэрогелей из лигнина.
Результаты дисперсионного анализа указывают на сравнительно слабое влияние переменных факторов на обсуждаемый выходной параметр (невысокий коэффициент детерминации, низкие эффективности источников дисперсии). Уравнение регрессии, аппроксимирующее зависимость Vмез от Х1 и Х2, имеет вид
Vмез = -3,596 + 7,670 X + 2,548 Х2 - 2,685 X2 - 2,476 ХХ (2)
Рисунок 3 демонстрирует удовлетворительное соответствие расчетных значений результатам эксперимента, однако «разброс» точек вокруг прямой заметно больше, чем в случае анализа SБЭТ.
Характер отклонений точек (равномерное распределение вдоль прямой) позволяет предполагать, что основной причиной сравнительно низкой эффективности модели является экспериментальный «шум». Влияние шума может быть вызвано остаточным присутствием молекул жидкости, находящихся в порах аэрогеля, при их замене на чистый этанол либо сдавливании гелеобразной массы при нарезании образцов в виде блоков.
На основании математического моделирования было определено, что наиболее существенные линейные корреляции существуют между удельной поверхностью образцов S БЭТ и мезопористым объемом Vмез. Как следствие, условия, при которых достигаются максимальные значения S БЭТ и Vмез, практически совпадают.
Поверхность отклика зависимости выходного параметра Vмез от переменных факторов Х1 и Х2 изображена на рис. 4. Можно отметить внешнее сходство поверхностей, изображенных
Таблица 3. Сводка дисперсионного анализа для объема мезопор органических аэрогелей
Источники дисперсии Суммы квадратов Степени свободы Средние квадраты Дисперсионные отношения F Уровни значимости Р
Х1: Фен/Л 0,655 1 0,655 3,49 0,1352
Х2: (Л+Фен)/Ф 0,062 1 0,062 0,33 0,5963
Х12 1,391 1 1,391 7,40 0,0529
Х1Х2 0,449 1 0,449 2,39 0,1971
Остаточная сумма 0,752 4 0,188 - -
Общая сумма 4,113 8 - - -
Я2, % 81,7 - - - -
Я^2 с поправкой на число степеней свободы, % 63,4
ргеС1с!ер
Рис. 3. Результаты наблюдений (точки) против значений выходного параметра Умез, прогнозируемых математической моделью
Рис. 4. Поверхность отклика зависимости Vмез от пер еменных факторов процесса
на рис. 2 и 4, что может указывать на одинаковую физическую природу характеристик !5БЭТ и Умез.
Максимальное прогнозируемое значение Умез = 1,85 см3/г в изученной области факторного пространства достигается согласно вычислениям по математической модели в точке, соответствующей следующим значениям переменных факторов: соотношение Fen/Lig (фактор Х;) 0,645; соотношение (Lig + Fen)/Form (фактор Х2) 1,700. Как и следовало ожидать, учитывая изложенное выше обстоятельство, наибольшие значения удельной поверхности и объема мезо-пор достигаются при почти одинаковых условиях получения аэрогеля.
Объем макропор
В табл. 4 приведены результаты дисперсионного анализа объема макропор органических аэрогелей из лигнина.
Дисперсионный анализ показал, что существенный вклад в суммарную дисперсию выходного параметра вносят все источники дисперсии. Уравнение регрессии, аппроксимирующее зависимость Умакро от Х1 и Х2, имеет вид
Таблица. 4. Сводка дисперсионного анализа объема макропор органических аэрогелей
Источники дисперсии Суммы квадратов Степени свободы Средние квадраты Дисперсионные отношения F Уровни значимости P
Х1: Фен/Л 6,479 1 6,479 29,96 0,0054
Х2: (Л+Фен)/Ф 1,997 1 1,997 9,23 0,0385
Х12 1,289 1 1,289 5,96 0,0711
Х1Х2 1,395 1 1,395 6,45 0,0640
Остаточная сумма 0,865 4 0,216 - -
Общая сумма 8,653 8 - - -
Я2, % 90,0 - - - -
Я^2 с поправкой на число степеней свободы, % 80,0 - - - -
predicted
Рис. 5. Результаты наблюдений (точки) против значений выходного параметра Vмакро, прогнозируемых математической моделью
Умакро = 13,280 - 13,098 ХХ1- 5,98(5 Х2 + 2,584 Х22+ 4,364 Х°Х2. (3)
Высокое значение коэффициента детерминации (табл. 45 и близость большинства точек к прямой (рис. 5 ) указывают на хорошие прогностические свойства математической модели.
Поверхность отклика зависимости выходного параметра Умакро от переменных факторов Х1 и Х2 изображена на рис. 6. Вид поверхности отклика значительно отличается от зависимостей, приведенных на рис. 2 и 4.
Максимальное прогнозируемое значение Умак = 4,05 см3/г в изученной области факторного пространства достигается согласно вычислениям по математической модели в точке, соответствующей следующим значениям переменных факторов: соотношение Фен/Л (фактор Х1) 0,25; соотношение (Л + Фен)/Ф (фактор Х2) 1,25. Эти условия существенно отличаются от условий, при которых достигаются максимальные значения SE3t и Умез.
- 295 -
Рис. 6. Поверхность отклика зависимости Vмакро от переменных факторов процесса
Общий объем пор
Результаты дисперсионного анализа общего объема пор органических аэрогелей из лигнина приведены в табл. 5.
Дисперсионный анализ показал, что существенный вклад в суммарную дисперсию выходного параметра вносят только главные эффекты. Вклад парного взаимодействия факторов Х^2 сравнительно слабый (эффективность Е = 2,77), а Х12 практически не вносит вклада в суммарную дисперсию выходного параметра (его эффективность Е = 0,18), т. е. не оказывает влияния на Упор.
Высокое значение коэффициента детерминации (табл. 5) и близость точек к прямой (рис. 7) указывают на хорошие прогностические свойства математической модели.
Уравнение регрессии, аппроксимирующее зависимость Упор от Х1 и Х2, имеет вид
Упор = 9,510 - 4,994 X - 3,311 Х2 - 0,284 Х12 + 1,802 Х1Х2. (4)
Поверхность отклика зависимости выходного параметра Упор от переменных факторов Х1 и Х2 изображена на рис. 8.
Таблица 5. Сводка дисперсионного анализа общего объема пор органических аэрогелей
Источники дисперсии Суммы квадратов Степени свободы Средние квадраты Дисперсионные отношения Е Уровни значимости P
Хь Fen/Lig 11,3678 1 11,3678 132,57 0,0003
Х2: (Lig+Fen)/Form 1,27827 1 1,27827 14,91 0,0181
Х!2 0,0155919 1 0,0155919 0,18 0,6918
Х1Х2 0,237862 1 0,237862 2,77 0,1711
Остаточная сумма 0,343002 4 0,0857504 - -
Общая сумма 13,6346 8 - - -
Я2, % 97,5
Я^2 с поправкой на число степеней свободы, % 95,0
5
0
0
1
2
3
4
5
predicted
Рис. 7. Результаты наблюдений (точки) против значений выходного параметра Упор, прогнозируемых математической моделью
Рис. 8. Поверхность отклика зависимости Упор от переменных факторов процесса
По указанной выше причине; (незначительный вклад нелинейных эффектов) она похожа на плоскость с наклоном в ту же нторону, что поверхность отклика на рис. 6. Очевидно, обе характеристики, Умак и Упор, имеют одну и ту же природу.
Максимальное прогнозируемое значение Упор = 4,67 см3/г в изученной! о бласти факторного пространства достигается согласно вычислениям по математической модели в точке, соответствующей следующим значениям переменных факторов: соотношение Фен/Л (фактор Xj) 0,25; поо тношение (Л + Фен)/Ф (фактор) Х2) 1,25. Эти условия, естественно, близки к условиям, при которых достигается максимум Умак, и существенно отличаются от условий, при которых достигаются максимальные значения SE ЭТ и Умез.
Вычисление оптимальных условии
Визуальное сравнение связей между выходными параметрами подтверждается вычислением коэффициентов парных линейных корреляций (табл. 6).
Наиболее существенные линейные корреляции существуют между парой S^t и Умез, а также парой Умак и Упор, тогда как между собой эти две пары связаны слабо или связь
V
Таблица 6. Матрица коэффициентов корреляций между выходными параметрами
ЙБЭТ VMe3 VMaK Vnop
ЙбЭТ 1 0,804 -0,101 0,387
VMe3 0,804 1 0,797 0,303
VMaK -0,101 0,797 1 0,821
Vnop 0,387 0,303 0,821 1
вообще отсутствует. Следствие этого: условия, при которых достигаются максимальные значения SБЭТ и Vмез, одинаковы; максимальные значения Vмак и ^ор также достигаются при одинаковых условиях; те и другие условия не совпадают, о чем уже упоминалось. Следовательно, за оптимальный режим можно принять любой из двух режимов, в зависимости от того, какие из свойств продукта наиболее ценны. Если при оптимизации процесса необходимо одновременно учитывать несколько изложенных выше свойств аэрогеля, возникает компромиссная задача, условия которой формулируются в терминах математического программирования.
В рассматриваемом случае был сформулирован следующий критерий оптимальности процесса: максимальная величина удельной поверхности SБЭТ при общем объеме пор ^ор не менее 1,7 см3/г и удельном объеме мезопор Vмез не менее 1,2 см3/г.
Математическая формулировка задачи нелинейного программирования: целевая функция 8бэт ^ тах; ограничения на другие выходные параметры ^ор > 1,7; Vмез > 1,2;-ограничение области поиска 0,25 < Фен/Л < 1,5; 1,25 < (Л+Фен)/Ф < 1,70. Решение задачи, полученное градиентным методом [20]: Фен/Л = 1,0; (Л+Фен)/Ф = 1,7.
Это решение совпадает с условиями одного из опытов (см. табл. 1, 4-я строка).
Заключение
В результате экспериментально-статистического анализа получены математические модели, описывающие влияние независимых факторов процесса (массового соотношения исходных реагентов - фенола и лигнина - и массового соотношения смеси лигнина с фенолом и формальдегида) на значения конкретных выходных параметров пористой структуры получаемых органических лигнин-фенол-формальдегидных аэрогелей, характеризующих такие свойства продукта, как удельная поверхность, пористый объем, объем мезо- и ма-кропор.
На основании оценки полученной математической модели в пределах изученного факторного пространства установлено, что наиболее существенные линейные корреляции существуют между удельной поверхностью 8БЭТ органических лигнин-фенол-формальдегидных аэрогелей и объемом мезопор Vмез. Установлено, что выходные параметры процесса SMT и Vмез достигают своих наилучших значений практически в одинаковых оптимальных условиях получения органического аэрогеля.
Прогнозируемый результат процесса при следующих условиях:
• (факторХ;) соотношение фенол/лигнин Фен/Л 0,65 ... 0,78 (по массе);
• (факторХ2) соотношение лигнин+фенол/формальдегид (Л + Фен)/Ф = 1,7 выглядят следующим образом:
• прогнозируемая величина удельной поверхности 8БЭТ 485 м2/г;
• прогнозируемый объем мезопор Vмез 1,85 г/см3.
В соответствии с полученной математической моделью установлено, что максимальные прогнозируемые значения Vмак и ^ор также достигаются при одинаковых условиях, в точке оптимума, соответствующей следующим значениям переменных факторов:
• соотношение фенол/лигнин Фен/Л (фактор Х;) 0,25;
• соотношение лигнин+ фенол/формальдегид (Л+Фен)/Ф (фактор Х2) = 1,25.
Рассчитаны максимальные прогнозируемые значения выходных параметров:
• Vмак = 4,05 см3/г;
• ^ор = 4,67 см3/г.
Следовательно, на основании математического моделирования за оптимальный режим можно принять любой из двух режимов, влияющих на лучшие параметры пористости аэрогелей в зависимости от того, какие конкретные свойства продукта наиболее ценны. Установлено, что прогнозируемые условия получения органических лигнин-фенол-формальдегидных аэрогелей сопоставимы с экспериментально полученными значениями.
Таким образом, предсказанные уравнениями регрессии значения выходных параметров, характеризующих пористую структуру получаемых органических лигнин-фенол-формальдегидных аэрогелей, отражают адекватность полученных математических моделей, связывающих значения выходных факторов и результаты эксперимента, и целесообразность их использования для прогнозирования результатов процесса.
Изучением подбора оптимальных условий синтеза аэрогелей из доступных и экологически безопасных возобновляемых источников природного органического сырья можно расширить сферу их потенциального применения.
Список литературы
1. Wu D., Fu R., Sun Z., Yu Z. Low-density organic and carbon aerogels from the sol-gel polymerization of phenol with formaldehyde // Journal of Non-Crystalline Solids. 2005. Vol. 351. № 10-11. P. 915-921.
2. García-González C.A., Alnaief M., Smirnova I. Polysaccharide-based aerogels—Promising biodegradable carriers for drug delivery systems // Carbohydrate Polymers. 2011. Vol. 86. № 4. P. 1425-1438.
3. Amaral-Labat G., Grishechko L.I., Szczurek A., et al. Highly mesoporous organic aerogels derived from soy and tannin // Green Chemistry. 2012. Уэ1.14. P. 3099-106.
4. Escudero R.R., Robitzer M., Di Renzo F., et al. Alginate aerogels as adsorbents of polar molecules from liquid hydrocarbons: Hexanol as probe molecule // Carbohydrate Polymers. 2009. Уэ1. 75. P. 52-57.
5. Peirano F., Vincent T., Quignard F., et al. Palladium supported on chitosan hollow fiber for nitrotoluene hydrogenation // Journal of Membrane Science. 2009. Уэ1. 239. № 1-2. P. 30-45.
6. Al-Muhtaseb S.A., Ritter J.A. Preparation and Properties of Resorcinol-Formaldehyde Organic and Carbon Gels // Advanced Materials. 2003. Уэ1. 15. № 2. P. 101-114.
7. Job N., Panariello F., Marien C.M., et al. Synthesis optimization of organic xerogels produced from convective air-drying of resorcinol-formaldehyde gels // Journal of Non-Crystalline Solids. 2006. Уэ1. 325. P. 24-34.
8. Gaca K.Z., Sefcik J. Mechanism and kinetics of nanostructure evolution during early stages of resorcinol-formaldehyde polymerization // Journal of Colloid and Interface Science. 2013. Уэ1. 406. P. 51-59.
9. Fischer F., Rigacci A., Pirard R., et al. Cellulose-based aerogels // Polymer. 2006. Уэ1. 47. № 22. P. 7636-7645.
10. Aaltonen O., Jauhiainen O. The preparation of lignocellulosic aerogels from ionic liquid solutions // Carbohydrate Polymers. 2009. Уэ1. 75. № 1. P. 125-129.
11. Son T. Nguyen, Jingduo Feng, Shao Kai Ng, et al. Advanced thermal insulation and absorption properties of recycled cellulose aerogels // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2014. Уэ1. 445. P. 128-134.
12. Tsioptsias C., Michailof C., Stauropoulos G., Panayiotou C. Chitin and carbon aerogels from chitin alcogels // Carbohydrate Polymers. 2009. Уэ1.76. № 4. P. 535-540.
13. Comin L.M., Temelli F., Saldana M.D.A. Barley beta-glucan aerogels via supercritical CO2 drying // Food Research International. 2012. Уэ1. 48. №.2. P. 442-448.
14. Scherdel C., Reichenauer G. Carbon xerogels synthesized via phenol-formaldehyde gels // Microporous and Mesoporous Materials. 2009. Уэ1. 126. P.133-142.
15. Martin C.F., Plaza M.G., Garcia S., et al. Microporous phenol-formaldehyde resin-based adsorbents for pre-combustion CO2 capture // Fuel. 2011. Уэ1. 90. № 5. Р. 2064-2072.
16. Ping L., Pizzi A., Guo Z., Brosse N. Condensed tannins extraction from grape pomace: Characterization and utilization as wood adhesives for wood particleboard // Industrial Crops and Products. 2011. Уэ1. 34. № 1. P. 907-914.
17. Pizzi A. Tannins: Major Sources, Properties and Applications // In: Monomers, Polymers and Composites from renewable resources / Ed. by M.N. Belgacem, A. Gandini. Elsevier. 2008. P. 179-199.
18. G. Amaral-Labat, L.I. Grishechko, У. Fierro, B.N. Kuznetsov, A. Pizzi, A. Celzard. Tannin-based xerogels with distinctive porous structures// Biomass and Bioenergy. 2013. Уэ1. 56. P. 437-445.
19. Пен Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics Centurion. Красноярск, 2014. 293 с. / Pen R.Z. Experimental Design in Statgraphics Centurion. Krasnoyarsk, 2014. 293 p.
20. Курицкий Б.Я. Поиск оптимальных решений средствами Excel в примерах. СПб., 1997. 384 с. / Kuritskij B.Ya. The search for optimal solutions by means of Excel in the examples. St. Petersburg, 1997. 384 p.
