криогель (англ. cryogel) — 1) в химии и технологии неорганических материалов — высокопористый монолитный или порошкообразный продукт сублимационной сушки замороженных суспензий и гелей и их последующей термообработки; 2) в химии и технологии высокомолекулярных соединений — продукт низкотемпературного воздействия (замораживание, оттаивание) на растворы и коллоидные дисперсии полимеров и мономеров, часто с последующей сублимационной сушкой;3) в медицине — желеобразная фракция плазмы крови, образующаяся при ее медленном охлаждении до температур около +4 ºC.

Описание

Характерная структура криогеля формируется при замораживании, когда образование достаточно крупных кристаллов растворителя, обычно льда, приводит к вытеснению твердых частиц в пространство между ними и концентрированию суспензии. При замораживании коллоидных растворов концентрирование приводит к образованию геля. Удаление замороженного растворителя путем сублимации приводит к образованию каркасных структур с крупными (от единиц до сотен микрометров), порами на месте удаленных кристаллов льда. Структурные элементы каркасной структуры состоят из твердых частиц суспензии, как правило, наноразмерных. В результате этого неорганические криогели, в отличие от полимерных, характеризуются бимодальным распределением пористости, в котором второй максимум отвечает мезопорам. Направленная кристаллизация льда позволяет создавать материалы с цилиндрическими крупными порами и мезопористыми стенками каркаса; такие носители перспективны для создания высокоэффективных катализаторов. Удельная поверхность криогелей обычно составляет от 300–400 м2/г (гидроксиды переходных металлов) до 700–800 м2/г (углеродные и кремнеземные криогели).

Эластичные высокопористые каркасные структуры с размером пор в десятки и сотни микрометров на основе высушенных полимерных криогелей используются как носители ферментов и иммобилизованных клеток в биокатализе и биотехнологиях.

Важным производным полимерных криогелей являются углеродные криогели, получаемые обугливанием полимерных. Они используются в качестве сорбентов и электродных материалов суперконденсаторов (углеродные аэрогели).

Удаление протеинов плазмы крови, образующих криогель, при ее криофильтрации в непрерывном режиме дает отчетливо выраженный терапевтический эффект при лечении ревматоидного артрита.

Иллюстрации

Микрофотография криогеля SiO2, полученная методом просвечивающей электронной ми
Микрофотография криогеля SiO2, полученная методом просвечивающей электронной микроскопии. Автор: О. А. Шляхтин, МГУ им. М.В. Ломоносова. Из личного архива

Автор

  • Шляхтин Олег Александрович

Источники

  1. Pajonk G.M. et al. From sol-gel to aerogels and cryogels // J. Non-Crystalline Solids. 1990. V. 121. P. 66–67.
  2. Лозинский В.И. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения // Успехи химии. 2002. Т. 71. С. 559.
  3. Shlyakhtin O. A., Young-Jei Oh, Inorganic cryogels for energy saving and conversion // J. Electroceramics. 2009. V. 23. P. 452–461.

Напишите нам