Разработка эффективных методов извлечения и разделения ценных компонентов из редкометальных сырьевых материалов представляет собой важную задачу, особенно с учётом потребностей российской промышленности. В этом контексте хроматографический метод обеспечивает высокую точность и эффективность обработки сложных смесей. Модификация силикагеля с использованием кластеров бора позволяет создавать более эффективные сорбционные материалы, которые способны улучшить процессы извлечения и разделения ценных компонентов, включая редкие и редкоземельные металлы. Это может способствовать повышению эффективности переработки редкометальных ресурсов и развитию новых технологий в этой области, играя важную роль в создании высокотехнологичной продукции.
Хроматография – это важный метод, который активно применяется в фармацевтике, химии, экологии для разделения смесей и очистки различных соединений. В этом процессе ключевую роль играет сорбционный материал (сорбент) или твёрдая фаза, через которую пропускают смесь.
Силикагель является наиболее распространенным сорбентом для хроматографических методов. Почему именно он? Во-первых, силикагель обладает высокой пористостью и значительной площадью поверхности, что позволяет ему эффективно удерживать молекулы различных веществ. Эти характеристики обосновывают его использование в качестве оптимального сорбента в хроматографии, где критически важно обеспечить надёжное взаимодействие между сорбентом и обрабатываемыми соединениями. Кроме того, силикагель легко доступен и относительно недорог. Его возможности в разделении смесей хорошо изучены и оптимизированы, что делает его стандартом в лабораториях по всему миру.
Однако пределы функциональности силикагеля ограничены селективностью, и он не всегда способен улавливать специфические молекулы, особенно если они имеют небольшие размеры или специфические химические свойства. Чтобы «ловить» такие молекулы, поверхность силикагеля необходимо модифицировать. Чтобы решить эту проблему и повысить эффективность, учёные модифицировали поверхность силикагеля клозо-додекаборатным анионом — полиэдрическим кластером бора. Такие кластеры обладают уникальной способностью образовывать так называемые диводородные связи, работая как специфические «магниты» для определенных химических соединений.
Исследователи предлагают новые подходы в синтезе, ориентированные на разработку более эффективных сорбционных материалов. Эти подходы включают использование современных методов модификации, позволяющих улучшить физико-химические свойства материалов. Сорбенты, основанные на силикагеле и ковалентно модифицированные полиэдрическими кластерами бора, имеют потенциал стать основой для разработки высокоселективных сорбционных материалов, что может существенно повысить точность и эффективность хроматографических процессов.
В работе авторы применили две ключевых стратегии модификации сорбентов. В первом варианте исходный аминосиликагель (силикагель, содержащий химически активные амино-группы) вводили в реакцию со специальным производным клозо-декаборатного аниона, способным взаимодействовать с аминами при нагревании. В ходе реакции кластерный анион бора «пришивался» к аминогруппам на поверхности силикагеля.
Схема модификации аминосиликагеля путём его взаимодействия с нитрилиевым производным клозо-додекаборатного аниона.
Другой подход заключался в первоначальной модификации кластерного аниона бора с помощью вещества, известного как (3-аминопропил)триэтоксисилан. Это вещество, присоединённое к кластеру бора, способно выполнять функцию связывающего звена между кластером и твёрдым сорбентом. Затем полученное производное вводили в реакцию с силикагелем методом золь-гель конденсации.
Схема модификации кластерного аниона бора с использованием (3-аминопропил)триэтоксисилана для создания гибридного сорбента на основе силикагеля.
Авторы статьи предложили два новых и эффективных метода «пришивки» борных кластеров к поверхности коммерчески доступного силикагеля, используя амидиновые группы в качестве связующего звена (линкера).
Эти инновационные сорбенты обладают уникальной селективностью благодаря своим гидрофобным свойствам, анионной природе и способности к специфическому диводородному связыванию, что позволяет им удерживать сложные аналиты, которые могут «проскакивать» через обычные фильтры. Кроме того, синтез новых материалов основан на использовании готовых матриц силикагеля, что существенно упрощает их потенциальное производство и делает процесс более доступным.
Созданные гибридные материалы – амидин-связанные клозо-додекаборат-силикатные гибриды продемонстрировали свою стабильность, что является критически важным для их практического применения. Это исследование имеет огромное значение для разработки специализированных хроматографических колонок, которые могут быть использованы для выделения сверхчистых лекарственных субстанций, анализа сложных биологических проб или детектирования редких загрязнителей.
Таким образом, разработка новых сорбционных материалов, основанных на модификации традиционных методов, создаёт возможности для улучшения качества выделения ценных компонентов из редкометальных ресурсов. Разработка поможет не только повысить эффективность отечественного производства, но и укрепить позиции России на мировом рынке.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках соглашения о предоставлении гранта № 075-15-2025-584.
По материалам: Amidine-Linked Closo-Dodecaborate–Silica Hybrids: Synthesis and Characterization. Nelyubin, A.V.; Neumolotov, N.K.; Skribitsky, V.A.; Teplonogova, M.A.; Selivanov, N.A.; Bykov, A.Y.; Tarasov, V.P.; Zhdanov, A.P.; Zhizhin, K.Y.; Kuznetsov, N.T. Inorganics, 14 January 2026, 14(1), 27.
DOI: 10.3390/inorganics14010027
Материал подготовлен:
Кулькова Татьяна / Ведущий инженер НЦМУ ЦРИРС, ИФХЭ РАН
Источник: НЦМУ ЦРИРС, ИОНХ РАН
