Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2021 номер 5

На основе гуминовых кислот, выделенных из бурого угля Тисульского месторождения Канско-Ачинского угольного бассейна, получены образцы гуминовых препаратов, содержащие макро- и микроэлементы питания растений. Проведено тестирование биологической активности гуминовых препаратов в лабораторных и полевых условиях каменистых и суглинистых почв с использованием семян пшеницы сортов Ирень и Новосибирская 89. Проведена сравнительная оценка влияния содержания микроэлементов кобальта, марганца, меди и цинка в гуминовых препаратах на ростовые показатели пшеницы. Показано, что эффективность применения гуминовых препаратов зависит от концентрации всех компонентов, способа их внесения, а также от эдафических факторов почвенных субстратов.

Исследован гранулометрический и морфологический состав тонкодисперсных угольных порошков, подготовленных по специальной методике разделения по классам крупности -0.2 +0.1, -0.1 +0.063, -0.063 +0.04, -0.04 мм из десяти разных марок угля (Б, Д, Г, Ж, К, КС, ОС, СС, Т, А) Кузнецкого угольного бассейна. По стандартным методикам в пробах угля выполнены технический и элементный анализ, петрографические исследования. Совокупность значений отражательной способности витринита, суммы фюзинизированных компонентов, толщины пластического слоя и выхода летучих веществ позволили установить марочную принадлежность исследуемых образцов в соответствии с единой классификацией углей по генетическим и технологическим параметрам. По данным сканирующей электронной микроскопии, в ряду метаморфизма исследуемых образцов углей от бурого до антрацита наблюдаются изменения в структуре углей, рельефе поверхности излома. Проведено определение гранулометрического состава порошков угля методом лазерной дифракции при диспергировании образцов в водной среде с добавкой поверхностно-активного вещества. Выявлено, что распределение частиц по размерам в угольных порошках фракции -0.04 мм для всех марок угля характеризуется как мономодальное, во фракции -0.063 +0.04 мм - как мономодальное асимметричное, во фракциях -0.1 +0.063 и -0.2 +0.1 мм - как бимодальное. В образцах присутствуют частицы неправильной формы (игольчатой, овальной). По результатам исследований угля марки КС методом ЯМР-спектроскопии установлено, что содержание алифатического углерода (CH₃-) в образцах с уменьшением крупности фракции угольного порошка незначительно увеличивается - с 3.05 % (для фракции -0.2 +0.1 мм) до 3.73 % (для фракции -0.04 мм). Значения показателя ароматичности для всех фракций остаются постоянными.

Рассмотрены особенности формирования и свойства твердого раствора в наноструктурированной системе FePt, полученной методом восстановления смесей водных растворов прекурсоров гидратом гидразина. Методом рентгенофазового анализа (РФА) и по результатам элементного анализа, выполненного методом оптико-эмиссионной спектроскопии, установлено, что в условиях синтеза образцов с соотношением компонентов Pt/Fe ≥ 0.5 образуются ограниченные твердые растворы со структурой ГЦК-типа. При содержании железа ( С_Fe) ≤ 11.6±0.7 ат. % система является монофазной (ГЦК-твердый раствор), при бóльших содержаниях железа - двухфазной (ГЦК-твердый раствор с С _Fe = 11.6±0.7 ат. % и невидимая методом РФА часть, относительно богатая железом). Размер области когерентного рассеяния для твердого раствора варьируется от 7 до 9 нм. Во всех образцах методом электронного парамагнитного резонанса показано наличие Fe³⁺, а в образцах с высоким содержанием железа методом РФА обнаружены малые количества гидроксида и оксидов железа. При исследовании термостимулируемых процессов определены температурные области десорбции O₂ и CO₂, термораспада примесного FeO(OH) и спекания кристаллитов, сопровождающегося фазовыми трансформациями.

Рассмотрены свойства углей Тывы и Монголии с целью организации технологии их переработки для получения угольных бездымных брикетов, использование которых снизит образование смога и загрязнение воздуха от частных домов с угольным отоплением. Для проведения исследований по производству бездымного топлива разработаны и изготовлены опытно-промышленные установки термолиза. Получены топливные брикеты путем прессования твердых продуктов термолиза угля (полукокса) при повышенной температуре в периодическом режиме на гидравлических прессах в России и Монголии.

Исследованы структурно-морфологические и электрохимические свойства нанокомпозитных материалов типа “высокопористая углеродная матрица, наполненная Co₃O₄”. Рассмотрено влияние способа получения наполнителя (термическое разложение гидроксида кобальта (II) или азида кобальта (II)) в порах матрицы на характеристики композитов. С помощью различных физико-химических методом изучены состав, морфология, фазовые составы композитов, стехиометрия наполнителей, дисперсная и пористая структуры, а также электроемкостные свойства углеродной матрицы, композитов-прекурсоров и наноструктурированных композитов С/Co₃O_4. Установлено, что композиты формируются путем отложения наночастиц наполнителей-прекурсоров и, при их термораспаде, целевого наполнителя Co₃O₄ в порах трех размерных групп (2-3, 7-12 и ~20 нм), а также путем образования агрегатов из частиц наполнителей на внешней поверхности матрицы. Характер влияния наполнителя на электрическую емкость композита зависит от способа его получения: емкость уменьшается в композитах, полученных термораспадом прекурсора Co(OH)₂, и, напротив, возрастает в композитах, сформированных термораспадом Co(N₃)₂. Эту обнаруженную впервые особенность авторы связывают с установленным методом рентгенофазового анализа влиянием способа получения композитов на стехиометрию наполнителя (соотношение Co²⁺/Co³⁺), отклонение которой от формульного соотношения между CoO и Co₂O₃ происходит в сторону роста доли CoO при использовании “азидного” прекурсора и в сторону роста доли Co₂O₃ - при использовании “гидроксидного” прекурсора.

В статье представлены результаты исследований ученых Казахстана по следующим направлениям: получение углеродных волокон методом электроспиннинга из каменноугольных пеков и полиакрилонитрила; получение кокса из тяжелых нефтяных остатков; изучение состава и структур асфальтенов, выделенных из природного битума месторождения Мунайлы-Мола. В качестве прекурсора для углеродных волокон была использована каменноугольная смола, которая является побочным продуктом при переработке угля Шубаркольского месторождения. Показаны физико-химические характеристики и состав кокса, полученного из гудрона Павлодарского нефтехимического завода в результате предварительной деметаллизации и обессеривания. Установлено, что асфальтены природных битумов обладают более упорядоченной и неаморфной структурой.

Проведено исследование корреляционной связи между энергетическим порогом лазерного зажигания углей и степенью их ароматичности. Для углей различных марок получены спектры ¹³C ЯМР CPMAS, из которых при помощи моделирования определены количественные данные о распределении углерода по структурным фрагментам. Показано, что с увеличением степени метаморфизма углей в их спектрах возрастает интенсивность сигнала ароматического углерода, а алифатического углерода, наоборот, уменьшается. Также с увеличением степени метаморфизма уменьшается содержание следующих углеродных фрагментов углей: CH₂, C-O-C, COOH. Определено направление корреляционной связи между энергетическим порогом зажигания каменных углей и степенью их ароматичности, установлена сила корреляционной связи.

Методом пропитки по влагоемкости приготовлены образцы состава CeCuO_1.5/C (C = Сибунит, C-Al₂O₃, Таунит, окисленный Таунит) с целью разработки новых катализаторов на основе нанесенных наночастиц биметаллического оксида для окислительных превращений соединений серы. С помощью методов ИК-Фурье спектроскопии и термического анализа в сочетании с масс-спектрометрией изучено влияние природы носителя и его окислительной обработки на функциональный состав поверхности носителя и его термическую стабильность. Среди исследованных носителей образец на Тауните оказался наиболее устойчивым к разложению. Термическая устойчивость Таунита снижается после окислительной обработки и введения солей прекурсоров металла.

Изложены результаты исследований по совершенствованию режима флотации сфлокулированных углей за счет применения нового реагента-модификатора “Синтерол”. В качестве исходных углей выступали угли бассейнов Российской Федерации с различной минерализацией органической массы. При подаче реагента-модификатора “Синтерол” в количестве (1-3)•10^-3 кг/т и одновременном снижении общего расхода реагентов в среднем на 13.0 % (с 3.000 до 2.613 кг/т) выход концентрата увеличился на 2.5-8.5 %, зольность концентрата снизилась на 2.7-3.0 %, извлечение горючей массы в концентрат возросло на 2.9-7.1 %. Зольность отходов возросла на 2.9-12.3 % и составила 72.6-82.0 %. Снижение зольности концентрата и повышение зольности отходов с увеличением подачи реагента-модификатора обусловлено его флоккулирующим действием на минеральные частицы пульпы, что является важным при флотации труднообогатимой угольной мелочи, содержащей большое количество глинистых веществ. Выявлена эффективность реагента-модификатора “Синтерол” при малом его расходе за счет преимущественного укрупнения частиц минеральных примесей и снижения их флотируемости совместно с органической массой углей.

Методом твердотельной ¹³С ЯМР-спектроскопии исследовано семь образцов сапропелитовых углей разных месторождений, различающихся катагенетической зрелостью органического вещества. Анализ полученных аналитических данных показал, что углерод в органической массе образцов в существенной мере сосредоточен в алифатических структурах, так как самые интенсивные сигналы в спектре ¹³С ЯМР приходятся на область 0-50 м. д., соответствующую поглощению углерода метильных и метиленовых групп, а также третичного и четвертичного атома углерода. Наибольшее количество алифатического углерода выявлено в образце, который характеризуется наиболее высокими значениями выхода летучих веществ и атомного отношения Н/С. Установлено, что при снижении в образцах атомного отношения Н/С увеличивается их степень ароматичности на фоне снижения доли алифатических структур и углерода, связанного с кислородом одинарной связью.

Методом каталитического химического осаждения метана на частицах Ni⁰, нанесенных на блочные носители, приготовлены гибридные углеродные материалы на основе углеродных нановолокон и керамических блоков из Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, алюмосиликата (AlSi). Исходные керамические носители, катализаторы и гибридные материалы исследованы методами рентгенофазового анализа, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, термического анализа и низкотемпературной адсорбции азота. При варьировании условий реакции и состава катализатора получены образцы с содержанием углеродной фазы от 1.7 до 12 мас. %. Установлено, что активность катализаторов зависит от химической природы носителя и увеличивается в ряду TiO₂ < Al₂O₃ < AlSi < ZrO₂. Химический состав и кислотно-основные свойства поверхности носителей определяют структуру и морфологию углеродной фазы. Углеродные нановолокна модифицируют пористую структуру керамических материалов, обусловливая увеличение удельной поверхности и механической прочности полученных гибридов по сравнению с исходными керамическими носителями.

Исследовано влияние способа экстракционной обработки бурого угля на выход буроугольных битумов. Показано, что О-алкилирующая обработка позволяет увеличить выход битумоидов, а применение ультразвукового воздействия при алкилировании не только способствует дальнейшему увеличению выхода битумоидов (до 52.0 %), но и сокращает длительность процесса с 6 до 0.5 ч. При хромато-масс-спектрометрическом исследовании битумов в их составе идентифицированы биологически активные вещества.

Осуществлена попытка осмысления предпринимаемых человечеством мер в рамках борьбы с результатами антропогенного влияния на окружающую среду. Исследованы вопросы использования финансовых механизмов снижения выбросов парниковых газов (ПГ) для достижения глобальных целей сдерживания процессов изменения климата. Среди финансовых инструментов, в частности, рассматривается применение углеродного налога в мировой практике и в российских условиях. Отмечено значение использования рыночных механизмов ценообразования на выбросы ПГ в качестве действенных мер контроля над совокупной мировой углеродной нагрузкой. Показана ведущая роль деятельности, осуществляемой странами Европейского союза в данном направлении. Проанализированы результаты тридцатилетнего опыта Швеции по применению углеродного налога. Изучены документы стратегического планирования России, направленные на снижение выбросов ПГ. Проведен анализ основных механизмов, предусматривающих меры по достижению стратегических целей по снижению выбросов ПГ в окружающую среду. Подчеркивается необходимость использования финансовых инструментов в регулировании деятельности хозяйствующих субъектов по обеспечению снижения негативного воздействия в долгосрочной перспективе. Представлены меры по ужесточению регулирования выбросов углекислого газа в Российской Федерации.