Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2018 номер 1

Выполнен обзор и обобщены результаты экспериментальных исследований, направленных на установление механизмов образования метана в аэробной филосфере растений и вклада растительности в глобальную эмиссию метана. До недавнего времени образование и эмиссия метана биогенными источниками связывались исключительно с деятельностью метаногенных архей, растущих в анаэробных условиях водоемов и водотоков, болот, рисовых полей и свалок, желудочно-кишечного тракта животных и термитов. Однако современные данные показывают, что возможно образование метана и не микробиологическим путем в аэробной филосфере растений. Хотя этот механизм точно не установлен, фиксируемая на примере многочисленных экспериментальных работ взаимосвязь между наблюдаемым выделением метана растениями и воздействием на растение ультрафиолетового излучения и других физиологических стрессов (изменение температуры, физическая травма растения) показывает, что это повсеместный процесс, который протекает в присутствии кислорода. Считается, что при воздействии на растения ультрафиолетового излучения и других физиологических стрессов в них инициируются химические реакции с образованием активных форм кислорода и, как следствие, с выделением некоторого количества метана из метоксильных групп растительных пектинов (а по некоторым данным, также из растительной целлюлозы и лигнина), как части процесса клеточного распада. Согласно оценкам с использованием самых разнообразных подходов, наиболее вероятный диапазон глобальной суммарной эмиссии метана растительностью составляет 20-60 Тг/год, при этом доля внекорневой эмиссии метана, связанной с ультрафиолетовым облучением пектина, не превышает 5 % от глобальной эмиссии метана растительностью, из которых ~60 % приходится на тропические широты.

Методом вольтамперометрии на предварительно покрытом осадком теллура графитовом электроде исследовано влияние ряда поверхностно-активных веществ на скорость целевой реакции осаждения теллура из щелочных теллуритных растворов и побочной реакции дальнейшего восстановления до дителлурид-анионов, а также на выход по току и морфологию катодных осадков теллура. Показано, что лигносульфонат натрия и поливиниловый спирт слабо влияют на скорости обеих катодных реакций, а, соответственно, и на морфологию осадков теллура. Добавка гидроксида тетрабутиламмония ингибирует обе реакции, но одновременно резко ухудшает качество катодного осадка: формируется слабо сцепленный с поверхностью порошкообразный осадок, который частично осыпается с подложки и практически полностью смывается при промывке водой. Наиболее эффективной добавкой для получения плотных осадков теллура является смачиватель ОП-10: он существенно ингибирует осаждение теллура и подавляет побочную реакцию его растворения в практически важной области потенциалов до наступления предельного тока. Одновременно ОП-10 значительно улучшает морфологию осадка и обеспечивает получение мелкокристаллических плотных катодных осадков теллура.

Представлены результаты сравнительного изучения состава и структуры азотсодержащих оснований смол тяжелой нефти Усинского месторождения до и после термического воздействия при 450 °С в течение 30 мин. С использованием методов осаждения хлористым водородом и сернокислотной экс-тракции из исходных и термолизованных смол выделены азотсодержащие основания с различной молекулярной массой. В обоих случаях это преимущественно высокомолекулярные соединения, однако в термолизованных смолах их доля существенно ниже. Термопреобразованные основания имеют меньшие по сравнению с исходными средние молекулярные массы. Состав выделенных соединений исследован методами структурно-группового анализа и газовой хромато-масс-спектрометрии. Показано, что средние молекулы азотсодержащих оснований обоих типов смол состоят из полициклических ядер, включающих ароматические и насыщенные циклы с различным алкильным обрамлением. Средние молекулы соединений термолизованных смол более ароматичны за счет снижения доли нафтеновых и алкильных фрагментов. В составе оснований исходных и термолизованных смол присутствуют алкилпроизводные хинолина, бензохинолина, дибензохинолина и азапирена, максимум в распределении которых приходится на алкилбензохинолины. Среди азааренов термолизованных смол повышена доля алкилхинолинов. Для всех типов оснований термолизованных смол характерно преобладание структур с меньшим числом атомов углерода в алкильных заместителях. Можно полагать, что при термической переработке тяжелого углеводородного сырья идентифицированные соединения войдут в состав дистиллятных фракций, и этот аспект необходимо учитывать при получении на их основе высококачественных горюче-смазочных материалов.

Представлены результаты исследования химического и фазового состава, ИК-спектроскопического анализа, морфологии, удельной поверхности, рН водной вытяжки и магнитной восприимчивости образцов вермикулита Кокшаровского месторождения Приморского края (минерала, концентрата и вспученного продукта). Проведен сравнительный анализ образцов вермикулита Кокшаровского и Ковдорского месторождений, имеющих разное происхождение.

Исследованы свойства противокоррозионных покрытий на основе водно-дисперсионных сополимеров, пигментированных соединениями марганца. Установлено, что включение синтезированных пигментов в состав покрытий повышает их способность подавлять подпленочную коррозию стали. Предложены составы противокоррозионных грунтовок, по эффективности защитного действия превосходящие промышленные аналоги.

Созданы эффективные наноконтейнеры на основе нековалентных электростатических комплексов “сульфонатный каликс(4)резорцин - катионные поверхностно-активные вещества” (КР-КПАВ) с регулируемыми солюбилизационной и каталитической активностью. В качестве КПАВ использованы гексадецильные моно-, ди- и тетракватернизованные производные 1,4-диазабицикло(2.2.2)октана. При варьировании числа катионных центров КПАВ и добавки гидрофобного красителя (Оранж ОТ) методом УФ-спектроскопии исследована кинетика реакции гидролиза эфира кислот фосфора, а именно 4-нитрофенил-О-этилхлорметилфосфоната, в присутствии смешанных композиций КР-КПАВ. Параметры реакции (константа скорости в мицеллярной фазе, константа связывания субстрата с агрегатами, критическая концентрация мицеллообразования) свидетельствуют о том, что наибольшей каталитической активностью обладает система КР - монокатионный ПАВ.

На примере тяжелых нефтей Усинского месторождения изучено влияние тяжелых, высокомолекулярных компонентов нефти (асфальтенов, смол и ароматических углеводородов) на ее агрегативную устойчивость. Компонентный состав образцов нефти установлен методами осаждения и хроматографии. Методом электронной спектроскопии определены различные спектральные характеристики в видимой области, позволяющие оперативно осуществлять сравнительную оценку устойчивости нефти к осаждению асфальтенов. С этой целью сняты динамические кривые изменения оптической плотности в системе растворитель/осадитель (толуол/гексан), рассчитаны коэффициенты светопоглощения (К500) и коэффиценты цветности (Кцв). Показано, что устойчивость нефти определяется не только соотношением смолистых и асфальтеновых компонентов. С использованием коэффициента цветности выявлена зависимость агрегативной устойчивости нефти от степени конденсированности сетки ароматических соединений.

Проведен комплексный сравнительный анализ некоторых модификаторов на основе тугоплавких керамических частиц и металлов-протекторов для внепечной обработки чугунов и сталей. В экспериментах по внутриформенному модифицированию серого чугуна и стали 110Г13Л составы на основе нанодисперсных карбидов вольфрама и титана, полученных комбинированным методом (самораспространяющийся высокотемпературный синтез в сочетании с механохимической обработкой), показали наибольшую эффективность по сравнению с другими исследованными модификаторами: в пределах концентраций керамической фазы 0.013-0.2 % для серого чугуна увеличение прочности при растяжении достигало 20 %, твердости - 13 %, износостойкости - 69 %, коррозионной стойкости - в 2.6 раза; для стали увеличение временного сопротивления разрыву достигало 18.0 %, относительного удлинения - 40 %, уменьшение размера зерна - в 6.8 раза. Показано, что при модифицировании серого чугуна добавками, содержащими нанодисперсные керамические фазы, необходимо учитывать не только концентрации и состав модификаторов, но и различные технологические параметры (конструкция, объем литейной формы, способ введения модификаторов и др.).

С целью спектрофотометрического определения Hg (II) в различных объектах разработан колориметрический сенсор на основе прозрачной полиметакрилатной матрицы, модифицированной дифенилкарбазоном. Исследовано влияние рН раствора дифенилкарбазона на его иммобилизацию в полимерную матрицу. Определено, что максимальное значение аналитического сигнала достигается при 520 нм и остается практически неизменным в диапазоне рН 3-11. При исследовании процесса комплексообразования иммобилизованного в матрицу дифенилкарбазона с ионами ртути (II) найдены оптимальные условия определения Hg2+: рН 2.5-4, продолжительность взаимодействия ртути с дифенилкарбазоном (с образованием фиолетового комплекса) не более 15 мин. Cодержание ртути, в интервале концентраций 1-25 мкг/дм3, определяли спектрофотометрически, измеряя светопоглощение при 540 нм. Разработанная методика экспресс-анализа ртути (II) апробирована при исследовании процесса обезвреживания ртутьорганического пестицида гранозана методом непрямого электроокисления.

Экспериментально определены условия разложения и образования гидрата углекислого газа в пористой матрице. В качестве последней выбраны образцы оксида алюминия γ, θ, α-фаз, с различной пористой структурой, распределением пор по размерам и удельной поверхностью. Полученные значения отклонения температуры разложения от равновесной кривой сопоставлены с возможным диаметром частиц гидрата, рассчитанным на основании уравнения Гиббса-Томсона, и известными данными о поровой структуре использованных образцов. Сравнительный анализ результатов данной работы и более ранних исследований процессов гидратообразования в природных углях выявил качественные различия.

Показана важная роль средств индивидуальной защиты кожных покровов (СИЗК) при работе с опасными веществами и при ликвидации аварийной ситуации на предприятиях промышленности и на транспорте. Ранее в стране и за рубежом для изготовления СИЗК изолирующего типа использовались двух- и трехслойные материалы. В настоящее время ведущие зарубежные производители аварийных СИЗК высшего уровня защиты разработали новые четырех- и пятислойные материалы. Их продукция присутствует на российском рынке СИЗК, но отличается высокой стоимостью. В АО “КазХимНИИ” впервые в стране разработан инновационный многослойный изолирующий материал ЛТЛ-1-2 и его аналоги на основе эластомеров. Универсальность защитных свойств обусловлена выбором эластомеров с различными характеристиками, специально разработанными рецептурами и способом получения композиционных материалов. Новые изолирующие материалы по защитным свойствам не уступают лучшим зарубежным аналогам высшего уровня защиты. Разработанные инновационные многослойные материалы предназначены для изготовления многофункциональных изолирующих костюмов для персонала промышленных предприятий, объектов Госкорпорации “Роскосмос”, аварийно-спасательных формирований.

Выполнены исследования по разработке облегченного защитного огнестойкого прорезиненного материала с комплексом защитных свойств от агрессивных сред (кислот, щелочей), газообразных высокотоксичных веществ (хлора, аммиака), растворителей, масел. Изучено влияние состава резин на их защитные свойства. На основе хлорсульфированного полиэтилена в сочетании с хлоропреновым каучуком получены резины с улучшенными защитными свойствами. Установлено значительное влияние природы поперечных связей и типа вулканизующего агента на стойкость резин к агрессивным средам. Разработана группа антипиренов с общим содержанием 60 мас. ч., обеспечивающих получение самозатухающей резины при сохранении остаточной прочности. По результатам экспериментов изготовлен защитный облегченный материал, обладающий низкой поверхностной плотностью и высокими защитными свойствами по сравнению с аналогами.

Проведены исследования по разработке силоксановых резин с повышенной термо-, огнестойкостью. С использованием органобентонитов отечественного и зарубежного производства получены нанокомпозиты резин на основе силоксанового каучука СКТВ-1, наполненных тригидратом алюминия. Установлено, что введение органобентонитов в силоксановые резины, наполненные Al(OH)3, способствует повышению их термо- и огнестойкости. По результатам экспериментов с использованием в качестве армирующей основы стеклоткани, кремнеземной и арамидной ткани разработаны огнестойкие теплозащитные материалы, а также технология получения тканей методом клеепромазки на клеепромазочных машинах ИВО 3320 и Siltex. Проведены испытания полученных материалов и предложены области применения защитной одежды на их основе.

Определены свойства промышленных сополимеров, найдены оптимальные соотношения мономеров для получения аналогичных акриловых сополимеров. Изучено влияние состава мономеров на характеристическую вязкость и относительную твердость акриловых сополимеров на основе метилметакрилата и бутилметакрилата. Определены оптимальные условия синтеза акрилового сополимера с требуемыми свойствами. Разработан спрей-пластик, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками.

На примере четырех типов почв Удмуртии рассмотрен процесс сорбции ими анионов мышьяка и хрома в особо токсичных формах. На основе полученных экспериментальных данных построены изотермы Лэнгмюра и Фрейндлиха; определены константы, указывающие на слабую поглотительную способность почв Нечерноземья по отношению к данным анионам. Высокая растворимость соединений мышьяка и хрома на фоне слабой сорбционной способности почв определяет экологические риски активной миграции анионов As(III) и Cr(VI) по почвенному профилю. Их мобильность необходимо учитывать при проведении экологического мониторинга.

Разработан новый подход к определению состава и структуры молекулярных фрагментов, связанных через С-О связь в простых и сложных эфирах в маслах нефтей и природных битумов. Он базируется на использовании известной химической реакции селективного разрыва эфирных мостиков в компонентах нефтяных масел с помощью BBr3. В отличие от известного подхода, включающего стадию восстановления продуктов химической модификации масел алюмогидридом лития, предложено анализировать состав полученных органических бромидов методом ГХ-МС. На примере масел природного битума Ашальчинского месторождения (Татарстан) в продуктах химической модификации идентифицированы монобромиды и дибромиды алкилтриметилбензолов состава С13-С22. В отличие от производных состава С18-С22, гомологи С13-С17 не зафиксированы в исходных маслах, следовательно, они полностью связаны с другими фрагментами сложных высокомолекулярных образований одним или двумя эфирными мостиками. Согласно результатам ГХ-МС, масс-спектры некоторых пиков на масс-хроматограммах, построенных по характеристическим ионам бромпроизводных, указывают на наличие монобромидов н -алканов, а также моно- и дибромидов нафталина, фенантрена, дибензотиофена и их гомологов. Следовательно, некоторая часть перечисленных типов соединений связана в сложных высокомолекулярных образованиях изученных масел одним или двумя эфирными мостиками.