▼ Zaradi vse večje težnje po razvoju zelenih tehnologij, ki ne obremenjujejo okolja, in postopkov procesiranja materiala, ki ne vsebujejo sledi toksičnih organskih topil, kot je bilo to običajno pri konvencionalnih postopkih, smo se osredotočili na superkritične fluide, ki se v industriji vedno bolj uveljavljajo. Doktorska disertacija je namenjena pridobivanju podatkov o faznih ravnotežjih in topnostih za načrtovanje visokotlačnih procesov, kjer se uporabljajo superkritični fluidi. Proučili smo sisteme polietilen glikola (PEG) z molskimi masami 1 500 g/mol, 4 000 g/mol, 10 000 g/mol, 35 000 g/mol s fluidi argon, propan in žveplovheksafluorid (SF6), vitamin K3/ogljikov dioksid in naftol/ogljikov dioksid. Na podlagi eksperimentov za sisteme PEG/fluid smo ugotovili, da imajo različni fluidi (CO2, propan, SF6, argon) različne termodinamske in transportne lastnosti v binarnem sistemu. Naredili smo obsežno študijo proučevanja topnosti, difuzijskih koeficientov, temperatur tališč, časov desorpcij itd. Vsak fluid ima zaradi svojih edinstvenih lastnosti različen vpliv na binarni sistem PEG/fluid in na lastnosti kot so temperatura tališča, topnost in difuzijski koeficient, zaradi česar lahko npr. pridobivamo tudi produkte z različnimi karakteristikami. Te podatke smo proučili za načrtovanja procesa mikronizacije PEG s procesom PGSS (Particles from Gas Saturated Solutions oz. delci iz raztopin nasičenih s plinom). Ugotovili smo, da je PEG možno mikronizirati s fluidi propan, SF6 in argon pri nižjih tlakih kot s CO2. Mikronizacijo smo izvedli pri pogojih minimalnega tališča PEGa pod tlakom fluida in pri pogojih 328 K in 15 MPa. Poleg tega smo pridobili delce, ki so bolj enakomernih velikosti in pravilnejših krogličastih oblik kot pri mikronizaciji s CO2. Delci, ki so enakomernih oblik in velikosti, so atraktivni za proizvajalce trdnih, praškastih produktov, saj so višje kvalitete. Sistem vitamin K3/CO2 smo proučili pri temperaturah 313 K, 333 K in 353 K in tlakih do 40 MPa ter primerjali z literaturo. Rezultati kažejo, da se topnosti vitamina K3 razlikujejo od podatkov v literaturi, kar pripisujemo uporabi različnih metod vzpostavljanja ravnotežja, vzorčenja in analize. Določili smo tudi parcialne molske volumne, ki so izrazito veliki in negativni pred in v bližini kritične točke, kar kaže na močne interakcije med molekulami topila in topljenca. Z določevanjem parcialnih molskih volumnov lahko sklepamo tudi o pojavu maksimuma topnosti, ki se v primeru topnosti vitamina K3 v CO2 pojavi pri temperaturi 313 K in 333 K. Pri določevanju gostot raztopine vitamina K3 v CO2, smo ugotovili, da so razlike med gostoto binarnega sistema vitamin K3/CO2 in čistega fluida CO2 lahko tudi 100 % ali več. Tališče naftola pod tlakom CO2 ima temperaturni minimum pri tlaku 20 MPa. Topnosti 1-naftola v CO2 pri temperaturah 313 K, 333 K in 353 K so v večini višje od topnosti 2-naftola v CO2. V primerjavi z literaturo so topnosti predstavljene v tem delu višje za faktor 100. Gostote raztopine naftola v CO2 so pri pogojih pod kritično… Advisors/Committee Members: Knez, Željko.

▼ 

Cilj diplomske naloge je bil določiti topnost organske spojine (metil acetata) v plinih visoke gostote (tj. superkritičnih fluidih: CO2, N2, Ar) s pomočjo statično-analitične metode ter matematično modelirati podatke s pomočjo programa Microsoft Office Excel. Namen modeliranja je bil korelirati že obstoječe podatke in napovedati obnašanje sistema v regijah, kjer eksperimentalni rezultati niso dosegljivi. Vse meritve smo izvajali v visokotlačnem avtoklavu. Rezultati prikazujejo kako lahko majhne spremembe temperature in/ali tlaka povzročijo velike spremembe gostote topila (CO2, N2, Ar) in s tem različne vzajemne topnosti v sistemu snov/superkritični fluid. Eksperimente smo izvajali pri treh različnih temperaturnih pogojih (40 °C, 60 °C in 80 °C) v območju relativno nizkih tlakov (10-170 bar). Ugotovili smo, da se s povečanjem tlaka masni delež zmanjšuje, gostota pa se zmanjšuje s temperaturo in povečuje tlakom.

The aim of the thesis was to determine the solubility of organic compounds (methyl acetate) in dense gases (i.e.: supercritical fluids: CO2, N2, Ar) by static-analytic method and mathematical data modelling by using Microsoft Office Excel. The goal of modeling was to correlate the existing data and to predict the system behaviour in regions where experimental results are not available. For all measurements, a high-pressure autoclave was used. The present thesis reviews how small temperature and/or pressure changes result in large changes of solvent density (CO2, N2, Ar) and thus cause a various mutual solubilities in the substance/supercritical fluid system. Experiments were carried out at three different temperature conditions (40 °C, 60 °C in 80 °C) in the range of relatively low pressure conditions (10-170 bar). We have found out that by increasing the pressure mass fraction starts to decrease. Furthermore, density decreases with temperature and increases with pressure.

Advisors/Committee Members: Škerget, Mojca.

▼ 

V sklopu magistrske naloge z naslovom Formulacija biološko aktivnih učinkovin s superkritičnimi fluidi smo uporabili različne postopke za mikronizacijo. S pomočjo termogravimetrične analize/ diferencialne dinamične kalorimetrije (TGA/DSC) smo preučevali vpliv tlaka in atmosfere na vzorec, kjer je pod visokim tlakom zanemarjen vpliv izhlapevanja, adsorpcije in desorpcije, vpliv tlaka na temperaturo vrelišča oz. tališča ter določili pristnost učinkovine, glede na podatke najdene v literaturi. Določevali smo topnost izbrane učinkovine v CO2, propanu in argonu v visokotlačni optični celici pri sub- in superkritičnih pogojih (pri treh različnih temperaturah, 40° C, 60° C in 80° C ter tlakih do 450 bar). Hkrati smo učinkovini določili tališče pod tlakom sub- in superkritičnega CO2, propana ter argona v odvisnosti od tlaka in ob počasnem zviševanju temperature. Vzorce, katerim smo določali tališča, smo analizirali s pomočjo tekočinske kromatografije z masno spektrometrijo (LC-MS). Uporabili smo tudi eno izmed visokotlačnih metod za zmanjševanje velikosti delcev s superkritičnimi fluidi PGSSTM (Particles from Gas Saturated Solutions = delci iz raztopin, nasičenih s plinom). Kot vzorčni sistem smo uporabili polimer PEG 6000/superkritični CO2/aktivna komponenta. Ta proces uporabljamo pri mikronizaciji za pridobivanje delcev velikostnega reda mikrometer (µm), ki absorbirajo velike koncentracije superkritičnih fluidov. [1] Dobljene delce smo analizirali z LC-MS in TGA/DSC.

Within the master degree entitled “Formulation of bioactive substances with supercritical fluids”, we used different procedures for micronization. By using thermogravimetric analysis/ differential dynamic calorimetry (TGA/DSC) the impact of pressure and atmosphere on a sample, where impact of evaporation, adsorption and desorption under the high pressure is neglected, the impact of pressure on the temperature of a melting or boiling point and to identify the pharmaceutical active ingredient, according to the data found in the literature were studied. Solubility of esomprazole as an active compound was investigated in CO2, propane and argon in a high pressure view cell at three different temperatures of 40° C, 60° C and 80° and at pressures up to 450 bars. Melting points of active compound were determined in sub- and supercritical CO2, propane and argon as a function of pressure while gradually raising temperature in a high pressure view cell. Samples, which were subjected to determination of melting point were later analysed by using a liquid chromatography coupled with mass spectometry (LC-MS). PGSSTM technique was applied for the production of polymer powder and for the entrapping of active ingredient in polymer matrice as a modern concept for reducing the particle size with supercritical fluids. Polymer PEG 6000/supercritical CO2/active component system was used as model systems. This process is used for micronization to obtain particles of the order of a micrometer (µm), which absorb high concentrations of supercritical fluids. [1] Obtained particles…

Advisors/Committee Members: Knez, Željko.

▼ Tradicionalne metode za procesiranje polimerov uporabljajo nevarna hlapna organska topila in kloro-floro-ogljikovodike. Zaradi povečanih izpustov nevarnih topil se pojavlja potreba po uporabi čistejših metod za procesiranje polimerov. Eno možnost predstavlja superkritični ogljikov dioksid (scCO2) kot mehčalo pri procesiranju polimerov. Velika uporabnost superkritičnih fluidov se kaže pri procesiranju polimerov za potrebe biomedicinskih pripomočkov (kot so mikrodelci, mikrokapsule, pene, membrane, kompoziti). Prednosti metode so predvsem v odsotnosti nevarnih organskih topil, učinkoviti ekstrakciji topil in nečistoč, procesnih pogojih, nižji temperaturi, nadzorovanemu oblikovanju delcev in pen z enostavnim reguliranjem tlaka in temperature. Navkljub velikemu potencialu scCO2 kot “zelenemu” topilu za procesiranje biokompatibilnih in biorazgradljivih polimerov, je podaktov o faznih ravnotežjih, ki so potrebni za načrtovanje postopka, dokaj malo. Nadaljnje raziskave so potrebne za optimiranje procesnih tehnik in parametrov (tlak, temperatura). Podatkov o uporabi scCO2 za procesiranje kompozitov polimer/keramika za biomedicinske aplikacije je še posebej malo na razpologo. Cilj te disertacije je uporaba scCO2 kot “zelenega” topila za procesiranje biorazgradljivih polimerov in kompozitov, ki se uporabljajo kot biomateriali. V raziskavah smo uporabili dva biorazgradljiva polimera, poli(L-laktid) (PLLA) in poli(D,L-laktid-ko-glikolid) (PLGA). Raziskali smo tudi kompozite polimerov z bioaktivnim keramičnim prahom, hidroksiapatitom (HA). Glavni cilj raziskav je bil pridobiti porozen polimer ali kompozit, primeren za tkivni inženiring, pri nizki temperaturi in brez uporabe dodatnih organskih topil. Študirali in razložili smo obnašanje obeh polimerov v zmesi s CO2. Z določitvijo topnosti in difuzijskega koeficienta CO2 v polimerih pri določeni temperaturi in tlaku, smo pridobili več podatkov o faznem ravnotežju polimer-plin, ki so pomembni za razumevanje vpliva in optimiranje procesnih parametrov. Topnost CO2 v polimerih smo izmerili pri treh različnih temperaturah (308, 313 in 323 K) in v območju tlaka 10 – 30 MPa. Izbrane temperature so bile višje od kritične temperature za CO2, vendar še vedno dovolj nizke, da ne bi vplivale na bioaktivnost spojin ali proteinov dodanih v sistem med procesiranjem. Pri testiranju poimerov in kompozitnih materialov smo uporabili enako temperaturno in tlačno območje. Raziskali smo učinkovitost mešanja v prisotnosti scCO2 za pridobivanje kompozitnega materiala iz PLLA in HA ter PLGA in HA in postopek primerjali s postopkom koprecipitacijie. Nadalje smo določili topnost in difuzijski koeficient CO2 v kompozitnih materialih ter jih primerjali z rezultati pridobljenimi za čiste polimere. Tako smo lahko določili vpliv keramičnega polnila na absorpcijo plina. Ocenili smo možnosti pridobivanja poroznih struktur z uporabo visokotlačne tehnike s CO2 kot vpihovalnim medijem brez oziroma z dodanim porogenom. Raziskali smo vpliv tlaka, temperature, ekspanzijske hitrosti in prisotnost porogena na končno… Advisors/Committee Members: Knez, Željko.

▼ 

Tehnologija superkritčnih fluidov je bila obširneje uporabljena ter prenesena v industrijske obrate ekstrakcije, frakcioniranja in čiščenja. Superkritični fluidi so postali zanimivi s stališča razvoja alternativnih separacijskih tehnologij kot rezultat specifičnih lastnosti fluidov v superkritičnem stanju. Fizikalnokemijske lastnosti superkritičnih fluidov združujejo lastnosti tekočin in plinov. Poleg tega pa dodatek druge komponente, imenovane sotopilo modificira lastnosti superkritičnih fluidov kot separacijskih medijev, kar omogoča ustvariti topila, s katerimi je mogoče doseći posebne cilje, tako za namene separacije kot tudi za reakcije. Prav zaradi tega dejstva je prvi del raziskovalnega dela bil usmerjen predvsem v študij faznih ravnotežjih za sisteme CO2-organska topila, npr. etanol in tetrahidrofuran ki se lahko uporabljajo kot sotopila, ki vplivajo na selektivnost. Nadalje smo raziskali možnosti za separacijo treh izomer ksilenov: orto, meta in para. Znano je, da so kubične enačbe stanja (EOS) pomembno orodje za korelacijo in predikcijo faznega obnašanja čistih substanc in mešanic. Kubične enačbe stanja se rutinsko uporabljajo v kemijski in petrokemijski industriji za izračun termo fizikalnih lastnosti in faznih ravnotežij. Raziskave obsegajo Peng-Robinsonovo enačbo stanja v kombinaciji z van der Wallsovim mešalnim pravilom z dvema binarnima parametroma. Drugi del doktorske naloge je usmerjen predvsem na fazna ravnotežja sistemov propan-rastlinska olja ter sistemov žveplov heksafluorid-rastlinska olja, predvsem zaradi dejstva, da je superkritična ekstrakcija vedno bolj pomembna tehnologija kot alternativa rafinaciji in frakcioniranju v industriji rastlinskih olj. Poleg tega pa omenjene separacijske tehnike dovoljujejo zamenjavo tradicionalnih topil, kot npr. metilen klorid in heksan z nestrupenimi, okolju prijaznimi topili kot npr. ogljikov dioksid. To ima še posebe pomen v prehrambeni in farmacevtski industriji, kjer je uporaba strupenih topil omejena z zakonodajo. Prav s tem namenom smo v tretjem delu doktorske disertacije raziskali možnosti uporabe separacijskih procesov pri viskoh tlakih, npr. ekstakcije in mikronizacije z namenom odstranitve preostanka topil iz produktov. Iz rastlinskih ekstraktov, ki so bili pridobljeni s konvencionalno ekstrakcijo z acetonom, smo s temi tehnikami odstranili preostanke organskega topila.

Supercritical fluid technology has been actively applied and used commercially in extraction, fractionation and purification processes. Supercritical fluids have received attention due to its potential in the development of alternative separation technologies as a result of the unique properties of the supercritical state. A supercritical fluid exhibits physicochemical properties intermediate between those of a liquid and a gas. Another noteworthy feature is that small additions of second components-called co-solvents often modify the properties of supercritical fluids as separation agents. This gives the engineer the opportunity to tailor solvents to achieve specific goals, either…

Advisors/Committee Members: Knez, Zeljko.