Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2018 номер 4

Проведена видеофиксация процессов роста газового гидрата метана в трехфазных системах "вода – нефть – метан" для трех образцов сырых нефтей с разными характеристиками. Обнаружено, что для двух из них на поздних стадиях роста гидрата возможно образование необычных ассоциатов "газовый гидрат – нефть", прорастающих в объем водной фазы. Обсуждаются возможные механизмы их образования.

Изучен пиролиз полистирола в среде нефтяного остатка (битума) в температурном интервале 360-380 °C при атмосферном давлении. Состав жидких продуктов пиролиза определяли методом газовой хроматографии/масс-спектроскопии. При исследовании остатка совместного пиролиза модифицированного битума использовали ПМР- и ИК-Фурье-спектроскопию, определяли температуру размягчения, пенетрацию и содержание асфальтенов. Установлено, что основные продукты пиролиза полистирола в битуме - насыщенные соединения, этилбензол, кумол, толуол и 1,3-дифенилпропан, которые образуются в результате переноса водорода от компонентов битума к продуктам термической деградации полистирола. Максимум скорости деструкции полистирола в битуме смещается в область повышенных температур. Модифицирование битума происходит преимущественно за счет реакций конденсации его компонентов, инициируемых переносом водорода. Влияние остаточного полистирола на свойства битума значительно слабее.

Исследовано влияние аполярного реагента, сернисто-ароматического концентрата (САК), и его композиции с бутиловым ксантогенатом калия (БКК) на флотационные и сорбционные свойства золотосодержащего пирита. Для флотационных опытов использованы минеральные фракции крупностью -0.074+0.044 и -0.044+0.02 мм с массовой долей пирита 91.8 и 92.2 % и содержанием золота 50.5 и 54.5 г/т соответственно. Эксперименты проводились в аппарате для микрофлотации в присутствии пенообразователя Т-80. Установлено, что САК обладает собирательной способностью по отношению к образцам пирита различной крупности, но его активность ниже по сравнению с активностью БКК. Показано, что флотоактивность фракций пирита под действием БКК и САК снижается с уменьшением размера минеральных зерен. При флотации пирита крупностью -0.074+0.044 и -0.044+0.02 мм расход БКК может быть снижен до 50 % без потери извлечения, если его использовать в композиции с САК. При флотации тонкой фракции пирита композиция БКК/САК (доля САК 25 % от расхода БКК) способствует повышению степени извлечения пирита в пенный продукт на 5 %. Установлено, что обработка минерала крупностью -0.074+0.044 мм водной эмульсией САК сопровождается сорбцией реагента, что объясняет его собирательную способность по отношению к пириту. Характер сорбции, вероятно, физический, так как при последующих отмывках САК частично переходит в воду. Присутствие САК на поверхности минерала препятствует сорбции БКК, а следовательно, способствует снижению его расхода при флотации.

Изучена сорбционная активность карбамидсодержащего сорбента из коры осины в отношении никеля, цинка и свинца из водных растворов с различной концентрацией металлов. Выявлено влияние содержания мочевины в сорбенте из коры осины на его сорбционную активность в отношении исследуемых примесей. Показано, что адсорбционное нанесение 10.7 мас. % мочевины на носитель из коры осины приводит к увеличению емкости сорбента в 1.9-3.3 раза в зависимости от природы металла. Установлено, что полученный сорбент из коры осины характеризуется высокой сорбционной емкостью: предельная сорбция по свинцу, цинку и никелю составляет 91.17, 25.78 и 23.34 мг/г соответственно. Приведены данные по кинетике сорбции металлов и их анализа с помощью моделей псевдопервого и псевдовторого порядка. Определены значения рН водных растворов, обеспечивающие эффективную сорбцию исследованных металлов: pH 5.5-6.0 для растворов цинка и pH 5.5-7.0 для растворов свинца и никеля. Показано, что карбамидсодержащий сорбент из коры осины эффективен для очистки низкоконцентрированных растворов металлов: для растворов, содержащих 10.5 и 1.0 мг/л примесей, степень очистки составляет не менее 66.7 и 89.9 % соответственно. При изучении процессов сорбции никеля, цинка и свинца выявлена устойчивость разработанного карбамидсодержащего сорбента к вымыванию мочевины, что в сочетании с высокой сорбционной емкостью определяет перспективность его использования для доочистки воды технического назначения от примесей металлов.

Исследовано влияние условий механохимической активации (исходные компоненты и время активации) на фазовый и поверхностный состав, текстурные характеристики катализаторов на основе титанатов стронция со структурой слоистого перовскита и их активность в реакции окислительной конденсации метана (ОКМ) при температурах 800-900 °С. Полученные катализаторы охарактеризованы методами РФА, ртутной порометрии, БЭТ, СЭМ, РФЭС. Подобраны условия получения однофазного хорошо окристаллизованного Sr₂TiO₄: использование смеси TiO₂ + SrCO₃ в качестве исходных компонентов, время активации 8 мин, прокаливание при 1100 °С в течение 4 ч. Показано, что катализаторы, полученные механохимическим методом, обладают большей активностью в реакции ОКМ (высокие степень конверсии метана и выход С₂-углеводородов) по сравнению с катализаторами, приготовленными методом соосаждения.

Изучено влияние механоактивации низкокальциевой золы гидроудаления Апатитской ТЭС без применения щелочных и других химических реагентов на ее вяжущие свойства. Механоактивация проводилась в центробежно-планетарной мельнице АГО-2, продолжительность до 400 с. Исходная и механоактивированная зола исследованы методами рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, лазерной гранулометрии, определена величина удельной поверхности. На основе данных по водному выщелачиванию исходной и механоактивированной золы, а также ИК-спектроскопии и термогравиметрического анализа установлено, что механоактивация заметно повышает реакционную способность золы в отношении воды. При нормальном твердении прочность при сжатии образцов на основе золы после 60-400 с МА в возрасте 7 и 28 сут составляет 0.7-1.7 и 1.4-2.2 МПа соответственно.

Методами неизотермического термогравиметрического (TГ/ДТГ, ДСК) анализа, ИК-Фурье-спектроскопии, элементного анализа, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) исследованы состав и термическое поведение этанольных лигнинов, выделенных путем органосольвентного экстрагирования из древесной биомассы хвойной и лиственной пород. Сравнительный анализ ИК-спектров исходных и термообработанных при 200 °С лигнинов свидетельствует об идентичности их структурно-группового состава. Начальная температура разложения лигнина пихты (252 °С) примерно на 10 °С выше таковой для лигнина осины. Установлено, что преимущественное разложение лигнина пихты в аргоне проходит в интервале 337-427 °С: наибольшая скорость деструкции вещества составляет -2.9 %/мин, максимум распада фиксируется при 400 °С. Лигнин из осины подвергается интенсивному разложению в более низком температурном диапазоне (327-400 °С) с максимальной скоростью убыли массы -3.1 %/мин при 378 °С. Данные ИК-спектров продуктов термического превращения лигнина пихты при 400 °С свидетельствуют о значительной степени разложения лигнинового полимера с вероятным образованием производных гваякола и замещенных фенолов. Завершение термодеструкции лигнинов при 800 °С сопровождается образованием углеродистых остатков с выходом 34 % из лигнина осины и 37 % - из лигнина пихты. Методом СЭМ подтверждены появление карбонизованных частиц в структуре материала (начиная с 240 °С) и дальнейшая интенсификация процесса образования углеродной матрицы с повышением температуры пиролиза до 600 °С. Обнаружено, что во всех условно выделенных температурных интервалах максимальные скорости разложения лигнина осины выше по сравнению с таковыми для лигнина пихты.

Предложена технология глубокой каталитической очистки газов, образующихся при сжигании пирок-силиновых порохов - начинки некондиционных боеприпасов стрелкового оружия. Технология предусматривает дозировку карбоната аммония непосредственно в печь с боеприпасами, обработку газов в аппаратах “мокрой” очистки для удаления каталитических ядов (соединения свинца и сурьмы) и смолис-тых веществ, селективное каталитическое восстановление (SCR DeNOx) оксидов азота парами аммиака и каталитическое окисление СО до безвредных продуктов.

Исследован крекинг гудрона Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода. Определены выходы газовых, жидких и твердых продуктов при температуре 500 °С и продолжительности процесса 10-30 мин. Изучен состав масел продуктов крекинга гудрона. Показано, что добавка наноразмерного порошка (НРП) WC/Ni-Cr способствует увеличению на 66.4 мас. % выхода фракций с температурой кипения до 360 °С по сравнению с исходным гудроном и на 40.4 мас. % по сравнению с крекингом без НРП. Исследовано влияние НРП WC/Ni-Cr на изменение молекулярных структур высокомолекулярных гетероатомных соединений (смол, асфальтенов).

При флотационном обогащении углей в качестве реагентов традиционно используются продукты нефтепереработки. Для повышения эффективности флотации применяют окислительное модифицирование аполярных углеводородных реагентов. В данной работе окислительным агентом служит озон, аполярным - керосиновая фракция. Исследовано влияние озонирования на компонентный состав и технологические свойства керосина. Показано, что в результате озонолитической обработки в составе керосина уменьшается относительное содержание алифатических СН₂-связей в -положении к ароматическому ядру и возрастает доля метильных, метоксильных, алкилэфирных и алициклических структур; уменьшается доля полициклических и растет доля моноциклических аренов; возрастает содержание алифатических карбоновых кислот, простых и сложных эфиров линейного и циклического характера, лактонов и ангидридов. Благодаря увеличению в составе озонированного керосина доли гетерополярных кислородсодержащих соединений на его основе можно получать флотореагент с комплексными свойствами пенообразователя и собирателя, что способствует повышению эффективности флотации каменноугольного шлама.

Создание и разработка биосовместимых покрытий на поверхности имплантатов представляют сущест-венную и актуальную проблему. В качестве биоинертного материала хирургических изделий применяют покрытия на основе оксинитридов титана, сформированных методом реактивного магнетронного распыления. Оксинитридные покрытия пригодны для использования в условиях длительного контакта с биологическими жидкостями. Представлены результаты исследований ряда свойств покрытий Ti-O-N (коррозионная стойкость, растворимость пленки), нанесенных на подложки методом реактивного магнетронного напыления. Методами инфракрасной и газовой спектроскопии, атомно-эмиссионного анализа исследованы покрытия и составы модельных жидкостей при растворении оксинитридных пленок титана в физиологических средах. Установлено, что в исследуемых образцах биопокрытия Ti-N-O содержится азот, а в растворах - жизненно необходимая для живого организма молекула оксида азота NO.

Сухим механическим смешением цеолита ZSM-5 с наноразмерными порошками (НРП) молибдена и меди приготовлены катализаторы Cu-Mo/ZSM-5 с содержанием Мо 4.0 мас. %, Сu - от 0.05 до 1.0 мас. %. Для проведения сравнительных испытаний методами пропитки раствором Cu(NO₃)₂ и механического смешения с оксидом меди (CuO) катализатора 4.0 % Мо/ZSM-5 приготовлены системы Cu-Mo/ZSM-5. Кислотные характеристики полученных образцов исследованы методом термопрограммированной десорбции аммиака. Определены концентрация и сила кислотных центров катализаторов. Установлено, что добавка 0.1 % НРП меди к катализатору 4.0 % Mo/ZSM-5 способствует снижению концентрации сильных кислотных центров до 140 мкмоль/г, а дальнейшее увеличение доли НРП меди приводит к их повышению (до 153 мкмоль/г). При этом активность катализаторов в конверсии метана снижается по сравнению с образцом, содержащим 0.1 % НРП Cu. Степень превращения метана за 20 мин реакции на катализаторах 4.0 % Мо/ZSM-5 и 0.1 % Сu-4.0 % Мо/ZSM-5 составляет 16.1 и 18.9 % соответственно. Исследовано влияние температуры процесса превращения метана на его конверсию в присутствии катализатора 0.1 % Сu-4.0 % Мо/ZSM-5. Показано, что повышение температуры от 650 до 750 °С сопровождается ростом конверсии метана. Так, за первые 20 мин реакции при 650 и 750 °С конверсия метана составляет 7.9 и 18.9 % соответственно. Установлено, что наибольшая степень превращения метана на катализаторе 0.1 % Сu-4.0 % Мо/ZSM-5 достигается при объемной скорости подачи газообразного сырья 1000 ч^-1.