Наиболее значимые публикации (с кратким описанием)Dmitrenko М, Pasquini D., Kuzminova A., Dzhakashov I., Sabu T., Penkova A. Development and Study of Sustainable Edible Coating from Carrageenan/Starch/Nanocellulose for Enhancing Fruit/Vegetable Shelf Life and Preservation // ACS Omega ACS Omega. 2025. Т. 10, Vol. 13. Pp. 13555–13569.
doi 10.1021/acsomega.5c00480Упаковочный материал должен быть безопасен для пищевых продуктов, человека и окружающей среды, что делает актуальным создание съедобной биоразлагаемой упаковки из полимеров. В данной работе были разработаны устойчивые съедобные нанодисперсии каррагинана/крахмала с наноцеллюлозой (НЦ) для упаковки (покрытия) продуктов с целью увеличения срока годности и сохранности. Было исследовано влияние соотношения полисахаридов и формы частиц НЦ на свойства нанодисперсий и процесс нанесения покрытия. Для изучения нанодисперсий применялись различные методы анализа для определения формы частиц, размера, плотности, поверхностного натяжения, вязкости и углов смачивания фруктов/овощей. Нанодисперсии наносили на яблоки, бананы и перцы для оценки их сохранности. Нанодисперсии содержащие 33,3/66,7 масс.% каррагинана/крахмала с 5% фибрилл НЦ или 10% кристаллов НЦ продемонстрировали эффективность для применения на фруктах в качестве упаковки благодаря снижению потери воды фруктами/овощами. Их можно с успехом использовать для опрыскивания фруктов/овощей во время сбора урожая, поскольку они содержат компоненты, активно используемые в пищевой промышленности.
Dubovenko R., Kuzminova A., Dmitrenko M., Stepanova A., Selyutin A., Su R., Penkova A. Enhanced Sodium Alginate Membranes Modified with Metal–Organic Frameworks Based on Zirconium for Energy-Efficient Isopropanol Dehydration by Pervaporation. ACS Applied Polymer Materials. 2024, 6, 20, 12675–12690. https://doi.org/10.1021/acsapm.4c02229
Класс металлоорганических каркасов на основе циркония (Zr-MOF) представляет собой перспективные модификаторы с превосходной водостойкостью и адсорбционной способностью для создания мембран со смешанной матрицей (MСM) для первапорации. Таким образом, в данном исследовании был исследован эффект введения Zr-MOF MIL-140A с различными лигандами в альгинат натрия (SA) с целью разработки мембран со смешанной матрицей с улучшенными характеристиками для первапорационной дегидратации. Улучшенные характеристики мембраны SA были достигнуты за счет изменения концентрации MIL-140A (2-5 масс. %), различных лигандов в ее структуре (MIL-140A-AcOH, MIL-140A-AcOH-EDTA) и сшивания CaCl2. Полученные Zr-MOF, композиты и мембраны были охарактеризованы с использованием инфракрасной спектроскопии, анализа низкотемпературной адсорбции азота, сканирующей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, рентгеноструктурного анализа, термогравиметрического анализа, а также измерений углов смачивания. Транспортные свойства мембран были протестированы при первапорационной дегидратации изопропанола (IPA). Результаты квантово-химических вычислительных экспериментов были использованы для объяснения наблюдаемых изменений и взаимодействий. Было показано, что модификация SA матрицы Zr-MOF привела к улучшению характеристик первапорации, в частности проницаемости, благодаря их уникальной пористой структуре, функциональным группам и благоприятному взаимодействию с компонентами исходной смеси. Мембрана SA+MIL-140A (4%), сшитая CaCl2, продемонстрировала наилучшие транспортные характеристики при первапорационной дегидратации изопропанола (12-70 масс. % воды): максимальная удельная производительность 200-540 г/м2ч-1 при сохранении содержания воды в пермеате на уровне 99,99 масс.%.
Мембранные реакторы для первапорации привлекают большое внимание как перспективная система, в которой разделение и реакция осуществляются одновременно для преодоления ограничения термодинамического равновесия и увеличения конверсии за счет удаления одного или нескольких синтезируемых продуктов. Для этого в данном исследовании были разработаны мембраны на основе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), модифицированные металлоорганическими каркасами на основе Zn (Zn(SEB), Zn(BIM), Zn(BDC)Si). Транспортные свойства полученных мембран оценивали при первапорационном разделении четырехкомпонентных смесей (уксусной кислоты (AcOH), этанола (EtOH), этилацетата (EtAc), воды) различного состава. Мембраны КМЦ/Zn(BIM), обладающие оптимальными транспортными характеристиками, были протестированы в гибридном процессе “реакция+первапорация” с использованием мембранного реактора периодического действия для первапорации и сравнены с данными, полученными в реакторе периодического действия без мембраны. Изменения структуры и физико-химических свойств разработанных мембран были изучены спектроскопическими, микроскопическими методами, термогравиметрическим анализом и измерениями углов смачивания. Для подтверждения полученных результатов было проведено теоретическое рассмотрение расчетными методами мембраны КМЦ/Zn(BIM). Было показано, что применение оптимальной мембраны КМЦ/Zn(BIM) (10 масс.%) в реакторе этерификации с использованием первапорации привело к образованию более чем в 5 раз большего количества EtAc в реакторе со сниженной конверсией AcOH по сравнению с реактором периодического действия без мембраны при разделении реакции этерификации AcOH и EtOH (1/1 М) с 5 масс.% катализатора Amberlyst 15 при 60°C.
Dmitrenko M., Kuzminova A., Dubovenko R., Mikulan A., Puzikova M., Selyutin A., Mazur A., Ermakov S., Su R., Penkova A. Carboxymethyl cellulose/Zn-based metal organic frameworks membranes for pervaporation-assisted esterification reactor // Separation and Purification Technology. 2024. vol.332, p.125720.
Загрязнение воды, особенно промышленными сточными водами, является серьезной экологической проблемой из-за своих негативных последствий. Устойчивая очистка сточных вод является одной из главных задач этого столетия, также как и устойчивое производство полимерных мембран для нее. Одним из альтернативных методов является получение мембран из полиэлектролитных комплексов (ПЭК), основанных на разделении водной фазы. В этой работе были разработаны нанофильтрационные мембраны из ПЭК поли(натрий-п-стиролсульфоната) (PSS)/поли(диаллилдиметиламмоний хлорид) (PDADMAC) с улучшенными транспортными характеристиками путем разделения фаз, вызванного разбавлением соли, для улучшенной очистки воды от пищевых анионных красителей и ионов тяжелых металлов. Улучшение осуществлялось путем изменения соотношения мономеров (40-60 масс.% PSS), введения оксида графена (GO, 3-7 масс.%) и PSS с более низкой молекулярной массой (70 кДа) в ПЭК и сочетания всех оптимальных условий модификации. Структурные особенности мембран на основе ПЭК были изучены с помощью FTIR, ЯМР, комбинационного рассеяния света, XPS-спектроскопии, сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии, а также термогравиметрического анализа. Был проведен теоретический анализ с использованием квантово-химических расчетов, чтобы подтвердить влияние взаимодействия полимера с компонентами на изменение свойств мембраны. Для мембран ПЭК с соотношением мономеров PSS/PDADMAC, равным 40/60, модифицированных 5 масс.% GO и с добавлением PSS (70 кДа) и GO, это привело к более чем в 3,5 и 5 раз более высокой проницаемости, соответственно, и увеличенному задержанию по сравнению с немодифицированной мембраной ПЭК при нанофильтрации красителя и растворов ионов тяжелых металлов.
Dmitrenko M., Mikhailovskaya O., Dubovenko R., Mazur A., Kuzminova A., Semenov K., Ermakov S., Penkova A. Membranes from polyelectrolyte complex of PSS/PDADMAC modified with graphene oxide for enhanced nanofiltration water treatment // Separation and Purification Technology. 2025. Vol. 377. DOI:10.1016/j.seppur.2025.134425
Перерабатываемый в растворе полиэлектролитный комплекс (ПЭК), модифицированный различными водорастворимыми производными фуллерена (фуллеренол, карбоксифуллерен, производное фуллерена с L-аргинином), был синтезирован с использованием натрийкарбоксиметилцеллюлозы (CMC) и поли (диаллилдиметиламмоний хлорида) (PDADMAC) для создания новых композиционных мембран со смешанной матрицей для улучшения первапорации и нанофильтрации. Были найдены оптимальные условия приготовления и состав мембраны. Структурные характеристики и физико-химические свойства мембран на основе ПЭК были проанализированы с помощью инфракрасной спектроскопии (FTIR), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ), термогравиметрического анализа (TGA), измерения углов смачивания и экспериментов по набуханию. Разработанные мембраны были протестированы при первапорационном обезвоживании изопропанола (12-50 масс.% воды) и, впервые, при нанофильтрации тяжелых металлов (модельные растворы и сточные воды гальванического производства). Оптимальными транспортными характеристиками обладала композиционная мембрана с селективным слоем на основе композита ПЭК-фуллеренол (4%): удельная производительность 0,28–1,62 кг/(м2ч), а содержание воды в пермеате составляло 99,99–79,30 масс.% при первапорационной дегидратации изопропанола (12-50 масс.% воды) при 22°C., и в 2,5 раза улучшенная проницаемость с высокими коэффициентами задержания при нанофильтрации тяжелых металлов по сравнению с исходной КМЦ мембраной, что указывает на перспективность ее промышленного применения для очистки воды.
Dmitrenko M.E., Kuzminova A.I., Zolotarev A.A., Korniak A.S., Ermakov S.S., Su R., Penkova A.V., Novel mixed matrix membranes based on polyelectrolyte complex modified with fullerene derivatives for enhanced pervaporation and nanofiltration. Separation and Purification Technology 2022, 298, 121649. 10.1016/j.seppur.2022.121649
Использование производных целлюлозы является экологически чистой альтернативой полимерам на основе нефти, что требует проведения исследований в области эффективных мембран для очистки воды. Данное исследование посвящено разработке и исследованию мембран из нитроцеллюлозы (НЦ) путем смешивания ее с ацетатом целлюлозы (АЦ) и модификации такими добавками, как полисульфон (ПС), поливинилпирролидон (ПВП K-30) и металлоорганический каркас на основе Zn (ZnBIM) для эффективного ультрафильтрационного разделения разстворов белков. Было изучено влияние соотношения компонентов смеси НЦ/АЦ и концентрации раствора на свойства мембраны. Мембрана НЦ/АЦ (75:25), приготовленная из 20%−ного раствора по массе, продемонстрировала превосходные характеристики при ультрафильтрации: поток воды составил 295 л/(м2 ч атм), 90,5% задержание бычьего сывороточного альбумина (БСА) и коэффициент восстановления потока (FRR) составил 50,3%. Модификация этой мембраны с помощью добавок позволила добиться стратегически важных улучшений характеристик: гидрофобный полисульфон значительно увеличил поток воды (382 л/(м2 ч атм)), гидрофильный ZnBIM улучшил задержание (на 96,8%), а ПВП K−30 существенно улучшил противообрастающие свойства (на 84,4%). Растворы и мембраны были охарактеризованы с использованием различных спектроскопических и микроскопических методов, а также измерений углов смачивания, вязкости и анализа распределения частиц по размерам. Подход машинного обучения, в частности, многоцелевой генетический алгоритм, использующий регрессионную модель LightGBM, успешно идентифицировал мембранные композиции с повышенными потоками БСА, высоким задержанием и FRR.
Dmitrenko M., Dubovenko R., Mikulan A., Puzikova M., Korovina A., Stanislavchuk-Abovskii D., Kuzminova A., Fetin P., Mazur A., Rongxin Su, Penkova A. Blended cellulose nitrate/cellulose acetate membranes for enhanced water treatment performance in ultrafiltration // Carbohydrate Polymers 2025. Vol. 363. Doi: 10.1016/j.carbpol.2025.123713
Публикации- Dmitrenko М, Pasquini D., Kuzminova A., Dzhakashov I., Sabu T., Penkova A., Development and Study of Sustainable Edible Coating from Carrageenan/Starch/Nanocellulose for Enhancing Fruit/Vegetable Shelf Life and Preservation // ACS Omega ACS Omega. 2025. Т. 10. Vol. 13. Pp. 13555–13569. doi 10.1021/acsomega.5c00480
- Dmitrenko M., Mikhailovskaya O., Dubovenko R., Mazur A., Kuzminova A., Semenov K., Ermakov S., Penkova A. Membranes from polyelectrolyte complex of PSS/PDADMAC modified with graphene oxide for enhanced nanofiltration water treatment // Separation and Purification Technology. 2025. Vol. 377.doi 10.1016/j.seppur.2025.134425
- Dmitrenko M., Dubovenko R., Mikulan A., Puzikova M., Korovina A., Stanislavchuk-Abovskii D., Kuzminova A., Fetin P., Mazur A., Rongxin Su, Penkova A. Blended cellulose nitrate/cellulose acetate membranes for enhanced water treatment performance in ultrafiltration // Carbohydrate Polymers. 2025. Vol. 363. doi 10.1016/j.carbpol.2025.123713
- Dubovenko R., Kuzminova A., Dmitrenko M., Stepanova A., Selyutin A., Su R., Penkova A. Enhanced Sodium Alginate Membranes Modified with Metal–Organic Frameworks Based on Zirconium for Energy-Efficient Isopropanol Dehydration by Pervaporation // ACS Applied Polymer Materials. 2024. Т. 6, Vol. 20. Pp. 12675–12690. doi 10.1021/acsapm.4c02229
- Dmitrenko M., Kuzminova A., Dubovenko R., Mikulan A., Puzikova M., Selyutin A., Mazur A., Ermakov S., Su R., Penkova A. Carboxymethyl cellulose/Zn-based metal organic frameworks membranes for pervaporation-assisted esterification reactor // Separation and Purification Technology. 2024. Vol. 332. P.125720. doi 10.1016/j.seppur.2023.125720
- Dmitrenko M. E., Kuzminova A. I., Zolotarev A. A., Korniak A. S., Ermakov S. S., Su R., Penkova A. V. Novel mixed matrix membranes based on polyelectrolyte complex modified with fullerene derivatives for enhanced pervaporation and nanofiltration // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 298. P.121649. doi 10.1016/j.seppur.2022.121649
Патенты- Дмитренко М. Е., Пенькова А. В., Кузьминова А. И., Михайловская О. А. Способ получения композиционных модифицированных мембран для удаления красителей. Заявка на патент № 2025124981/04(058941). Дата приоритета 10.09.2025
- Пенькова А. В., Дмитренко М. Е., Кузьминова А. И., Микулан А. Я. Способ получения тонкопленочных полиамидных мембран. Заявка № 2024132101. Дата приоритета 24.10.2024.
- Дмитренко М. Е., Кузьминова А. И., Пенькова А. В. Состав для получения упаковочного материала для пищевых продуктов. Патент на изобретение RU2851602C1. Дата приоритета 28.08.2024. https://elibrary.ru/item.asp?id=84243255
- Кузьминова А. И., Пенькова А. В. Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями. Патент № RU2759899 C1. Дата приоритета 06.07.2020. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47260759
- Полоцкая Г. А., Пенькова А. В. Установка для получения композитных полимерных мембран. Патент № 88009. Дата приоритета 27.07.2009. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38452589
- Полоцкая Г. А., Пенькова А. В. Способ получения композитных мембран с фуллеренсодержащим полимерным селективным слоем. Патент № RU2414953. Дата приоритета 14.07.2009. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37468507
- Пенькова А.В. Устройство для получения диффузионных полимерных мембран. Патент № RU2504429. Дата приоритета 05.10.2012. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37439750
- Пенькова А. В., Семенов К. Н. Способ получения диффузионных фулленолсодержащих мембран. Патент № RU2501597. Дата приоритета 15.07.2012. https://www.freepatent.ru/patents/2501597