Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2023 номер 1

Выполнена геохимическая характеристика почв, растительности и грунтовых вод рекультивированных отвалов трех угольных месторождений. Рекультивация была проведена 30-40 лет назад, после чего отвалы были оставлены под самозарастание без дополнительных мероприятий. Общей закономерностью для всех участков является наличие углистых частиц, окисление которых приводит к увеличению температуры в породах отвала. Сумма биологически активных температур на отвалах превышает значения естественных почв ненарушенных участков. Техногенные ландшафты характеризуются меньшей по сравнению с контрольными участками долей влаголюбивых лесных и луговых видов. Гидрогеохимические аномалии практически не выходят за пределы затопленных карьерных выемок. Проведение рекультивации посредством нанесения плодородного слоя почвы способствует минимизации негативных эффектов, связанных с повышением температур почв отвалов, и ускорению восстановления зональных растительных сообществ.

Представлены результаты полевых исследований эмиссии ртути из вещества хранилища отходов цианирования зоны окисления Ново-Урского колчеданно-полиметаллического месторождения (пос. Урск, Кемеровская обл.). Установлено, что содержание ртути в приземном слое атмосферы над поверхностью отвала колеблется в диапазоне 20-3600 нг/м³ при среднесуточной предельно допустимой концентрации (ПДК_сс) 300 нг/м³, что превышает ПДК_сс в отдельных точках в 12 раз. Региональный фон над поверхностью отвала в среднем превышен в 570 раз. При сравнении результатов измерений в утреннее и вечернее время обнаружено, что к вечеру концентрация ртути возрастает. Это связано с активной эмиссией ртути под воздействием солнечной радиации и нагреванием поверхности отвала. Построены численные модели распространения ртути с использованием методов математического моделирования. Согласно модели, построенной на основе максимальных замеренных концентраций, весь пос. Урск находится в зоне очень высоких концентраций паров ртути. При расчете по усредненным концентрациям безопасный уровень достигается на расстоянии 600 м от отвала, но в границах поселка. Полученные результаты свидетельствуют об опасности воздействия ртути на население поселка, а также ставят проблему детального изучения состава воздуха над старыми хранилищами отходов золотодобычи.

Currently there is no agreement among the researchers worldwide about the mechanism of MFI-type zeolites deactivation due to coke accumulation in the areas of coke localization. This problem does not allow answering the question about the stability of these zeolites and their resistance to the reversible deactivation by coke. Our research provides the solution to this problem using physical and chemical methods: the electron paramagnetic resonance, X-ray photoelectron spectroscopy, thermal analysis and catalytic method of methanol conversion into hydrocarbons. We show that the key mechanism of coke formation is carbenium mechanism. Deactivation of zeolites occurs mainly due to the coke accumulation on the external surface of crystals of MFI-type zeolites. The contribution of “hydrocarbon pool” mechanism is negligibly small compared to the contribution of the carbenium mechanism of olefin formation by the dehydration reaction. This understanding allows increasing the stability of MFI type zeolites to coke formation by removing the acidic centres from the external surface of the crystals.

На примере технического углерода марки N339 изучено влияние на его свойства высокотемпературной обработки (900 °C) в присутствии диоксида углерода, а затем низкотемпературной обработки (-5 °C) в смеси кислорода с озоном. В результате комплексного окислительного воздействия формируется углеродный материал с показателями текстурных характеристик, в несколько раз превышающими уровни значений, характерные для исходного технического углерода. Содержание кислорода в конечном материале может варьироваться от 19 до 35 мас. %, что свидетельствует о перспективности его использования в качестве высокоэффективного пигмента.

Изучены условия формирования эмульсий Пикеринга в системе “сырая нефть - вода” с использованием нанокристаллов целлюлозы с частично ацилированной поверхностью в качестве стабилизатора. Исследована биодеструкция полученных эмульсий природными микроорганизмами в зависимости от соотношения компонентов в эмульсии. Проведена оценка формирования устойчивых эмульсий в зависимости от концентрации наноцеллюлозы. При низком содержании нанокристаллов стабильность эмульсии достигается только при увеличении концентрации фонового электролита. Получение диспергированной нефти в воде позволяет сохранить контакт между воздушной и водной фазами, что способствует эффективному биоразложению нефти за счет увеличения площади контакта микрокапель нефти с водой. По данным хроматографического анализа, остаточное содержание углеводородов в эмульсии составляет 20-25 % после инкубирования с инокулянтом микроорганизмов в течение 30 сут. Данный способ повышает устойчивость дисперсии нефти, что способствует увеличению скорости ее биоразложения на различных водных поверхностях.

Экстракционной переработкой хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris Ledeb.) получают продукты, используемые для производства товаров в медицинской, пищевой, парфюмерно-косметической и других отраслях. При этом послеэстракционный остаток хвои (ПЭОХ), являясь специфическим лигноцеллюлозным сырьем, пока не находит должного (эффективного) использования для получения инновационных продуктов. С помощью метода термогравиметрии в атмосфере азота (ТГ/ДТГ) установлен ряд закономерностей термического разложения ПЭОХ. На основе результатов ТГ/ДТГ проведен анализ кинетики процесса пиролиза ПЭОХ, рассчитаны термодинамические параметры (ΔH, ΔG и ΔS). Средние значения ΔH, ΔG и ΔS составляют 246.3, 160.3 кДж/моль и 135.7 Дж/(моль•К) соответственно. По предложенному нами методу четвертой производной контура ДТГ установлена детальная “фракционность” потери массы при нагреве ПЭОХ в условиях термогравиметрического теста. Рассчитаны величины кажущейся константы скорости, указывающие на многостадийность (I-V) процесса термического разложения. По методу аналитического флэш-пиролиза ПЭОХ идентифицировано 66 продуктов пиролиза. Среди них выявлено 35 соединений, которые не встречаются в пиролизатах коры и древесины сосны и могут быть востребованы в органическом синтезе, в производстве технических и пищевых продуктов, парфюмерии, медицинских товаров и т. п. Полученные результаты являются базовыми для проектирования производства технических продуктов с повышенной добавленной стоимостью и масштабирования технологий термической обработки и пиролиза подобного растительного сырья.

С целью разработки технологии химической переработки метана угольной отрасли в ценные продукты проведена оптимизация условий реакций пароуглекислотного и автотермического риформинга метана. Исследовано влияние температуры (600-900 °С), объемной скорости подачи (50-400 мл/мин), времени контакта (0.04-0.45 с) и молярного соотношения компонентов (O₂/CH₄ = 0.25-1.0, CO₂/H₂O = 0.5-2.0) реакционной смеси на показатели конверсии исходных реагентов (СH₄, CO₂, O₂) и выхода целевых продуктов (H₂, CO) реакции. Показано, что при использовании комбинированного риформинга достигается регулирование молярного соотношения H₂/CO в широком диапазоне (4.1-0.9). Установлены оптимальные условия процессов, обеспечивающие полную конверсию метана и максимальный выход полезных продуктов, для эффективной утилизации метановоздушной смеси угольного производства в водородсодержащий газ.

Методами газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии исследован состав и динамика трансформации насыщенных углеводородов-биомаркеров в угле Сергеевского месторождения. В зависимости от биомаркерных параметров в изученном разрезе выявлены пласты аллохтонного, автохтонного и смешанного происхождения, различающиеся природой и условиями накопления растительной биомассы. Аллохтонные угли, обогащенные битумоидами и генетически связанные с террагенным биоматериалом, формировались в окислительной обстановке. Переход к автохтонным и смешанным углям сопровождался повышением вклада аквагенных биомаркеров и неоднократным изменением фациальных условий осадконакопления. Автохтонные угли отличаются аномальным содержанием высших алканов и нестандартным распределением изопреноидных углеводородов.

Исследовано осаждение ванадия в виде метаванадата и поливанадата аммония из растворов переработки алунита. Определена степень осаждения ванадийсодержащего осадка в зависимости от кислотности раствора, начальной концентрации оксида ванадия(V) и сульфата аммония, температуры и времени контакта. Показано, что при комнатной температуре при рН 8 из раствора осаждается метаванадат аммония (NH₄VO₃), а при нагревании раствора метаванадата аммония до 90 °С с последующим его подкислением до рН 2 и перемешиванием - поливанадат аммония ((NH₄)₂V₆O₁₆). Полученные продукты охарактеризованы методами рентгенофазового анализа, инфракрасной спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии.

The influence of various technological additives on the plastic and rheometric properties of a rubber mixture is investigated, physical-mechanical and performance characteristics of rubber based on a combination of SKN 4055 nitrile butadiene caoutchouc and Therban 3406 hydrogenated nitrile butadiene caoutchouc are assessed. The rubber mixture included SKN 4055 and Therban 3406, curing agent Luperox F-40P, antioxidant Diaphene FP, fillers: burnt magnesia, carbon black T 900 and P 514, oligoester acrylates TGM-3, MGF-9, and other ingredients. We used Z-50, Z-60, Struktol WB-222, Kvalistrol A-100, B-70 and B-70-20 as technological additives. The rubber mixture was made on laboratory rolls LB 320 160/160, then vulcanized at 150 °C for 60 min and thermostated at 160 °C for 3 h. Studies of the plastic and rheometric properties of the rubber compound, the physical and mechanical properties of vulcanizates were carried out in accordance with the standards existing for rubber industry. The study of thermo-aggressive resistance of vulcanizates was carried out by determining the change in their physical-mechanical parameters after 1 day exposure to air and standard liquid SZhR-1 at a temperature of 150 °C. It is found that the introduction of technological additives leads to improvement in the distribution of ingredients, as well as in the plastoelastic and rheometric properties of the rubber mixture. Rubber containing Kvalistrol B-70-20 has increased physical and mechanical properties, exhibiting the least changes after exposure to aggressive media.

Представлены результаты исследования окисления осадка сточных вод (ОСВ) при прокачке через его слой водокислородного флюида в режиме равномерного (1.5 К/мин) увеличения температуры (Т) до 733 К. Получены температурные зависимости выхода летучих и жидких продуктов, а также данные по содержанию минеральных компонентов в зольном остатке и воде, собранной на выходе из реактора. Из временных зависимостей температуры стенки реактора, мощности омических нагревателей и степени выгорания углерода следует, что большая часть органического вещества ОСВ окисляется при T < 602 К. Согласно данным ИК-спектроскопии и элементного анализа, увеличение продолжительности и температуры окисления приводит к снижению содержания гидроксильных и амидных групп и росту доли ароматических соединений в жидких продуктах. Летучие продукты, полученные при T > 673 К, содержат только неорганические вещества - CO₂, CO, N₂ и NH₃. Установлено, что основная масса азота в виде ионов NH₄⁺ переходит в водную фазу, а элементы Si, Ca, Al, Fe, P, S, K, Na и Mg концентрируются в зольном остатке.

Проведена геохимическая интерпретация данных по физико-химическим свойствам и индивидуальному составу нефтей и конденсатов Бованенковского и Восточно-Бованенковского месторождений (распределение легких углеводородов (УВ) С₃-С₈, н-алканов, ациклических изопренанов, стеранов, терпанов, аренов). Основная цель исследования заключалась в установлении основных источников УВ флюидов, а также геолого-геохимических процессов, оказавших воздействие на их состав и формирование залежей. Показано, что образование нафтидов обоих месторождений происходило многостадийно при участии органических веществ (ОВ) разного генотипа за счет среди прочего распространенных процессов вторичной миграции и переформирования первичных залежей. Определена генетическая связь нефтей и конденсатов юрских залежей Бованенковского месторождения с террагенным ОВ нижне-среднеюрских толщ, которое служило источником как жидких, так и газообразных УВ, впоследствии сформировавших эти нефтегазовые скопления. Предполагается, что нафтиды неокомской части разреза являются производными аквагенного ОВ баженовской свиты. В ходе формирования эти газоконденсатные залежи в разной степени обогащались легкими компонентами, образованными террагенным ОВ нижне-среднеюрских толщ. Зафиксировано воздействие процессов биодеградации на состав конденсатов аптских и альб-сеноманских залежей. Их генерация, вероятнее всего, происходила при участии углистого ОВ меловых толщ, служившего источником первичных “незрелых” конденсатов террагенного состава, которые смешивались с вторично-миграционными УВ флюидами, генерированными: аквагенными ОВ баженовской свиты в случае газоконденсатов аптских залежей; террагенным ОВ нижне-среднеюрских толщ в случае залежей альб-сеноманского резервуара. Кроме того, наблюдается территориальная приуроченность к Восточно-Бованенковскому месторождению и юго-восточной части Бованенковского месторождения нафтидов, образованных при участии аквагенного ОВ.

В связи с выработкой запасов легких нефтей в эксплуатацию все чаще вводятся месторождения нефтей с повышенным содержанием парафиновых углеводородов и смолисто-асфальтеновых компонентов, характеризующихся высокими значениями плотности, вязкости и температуры застывания. Их добыча сопровождается образованием асфальтосмолопарафиновых отложений на стенках технологического оборудования и, как следствие, приводит к дополнительным материальным затратам, связанным с повышенным износом оборудования. Изучено влияние магнитного поля на структурно-реологические и энергетические характеристики двух нефтей различного состава и их эмульсий (10 мас. % воды). После магнитной обработки происходит изменение компонентного состава исследуемых нефтесодержащих систем. Воздействие магнитного поля на малопарафинистую смолистую нефть сопровождается ростом вязкости во всем температурном диапазоне. После обработки высокопарафинистой смолистой нефти изменения вязкости не столь значительны, однако наблюдается снижение температуры застывания.

С целью выявления химической безопасности питьевой воды для населения некоторых районов Магаданской области методами масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой количественно определено содержание 25 химических элементов в природных родниковых источниках, а также в воде из систем централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и систем вторичной доочистки водопроводной воды (бытовые фильтры). Установлено соответствие концентраций химических элементов нормативам качества питьевой воды. Проведенное исследование свидетельствует о том, что питьевая вода в Магаданском области безопасна для населения с позиции накопления условно эссенциальных и токсичных для человека химических элементов. Однако с точки зрения физиологической полноценности вода оказалась “бедной” во всех местах отбора проб в городах и поселках Магаданской области.