Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2024 номер 3

Описаны принципы создания водно-органической дезинфицирующей эмульсии (ВОДЭ), которая при нанесении на различные виды поверхности может образовывать пленку, обладающую пролонгированным бактериостатическим/бактерицидным эффектом. Созданная композиция на основе полиакриламида и специальных добавок при нанесении на обрабатываемую поверхность капельным способом образует прочную пленку, что, в свою очередь, способствует обеспечению высоких санитарных и противоэпидемических мер. Созданная на поверхности пленка может быть удалена путем смачивания водой и последующего протирания, что не приводит к нарушению общего режима дезинфекции. Водно-органическая дезинфицирующая эмульсия представляет собой композицию на основе полиакриламида, поверхностно-активного вещества, многоатомного спирта (глицерина) и сульфата цинка/меди. Исследованы факторы, отвечающие за равномерность пленкообразования ВОДЭ. Определены критерии улучшения реологических и технологических свойств (смачиваемость, растекаемость, влагопоглощение) в условиях окружающей среды. Установлено, что повышение растекаемости и прочностных свойств водорастворимых полимерных пленок достигается путем введения в состав поверхностно-активных веществ (особенно неионогенной природы) и многоатомного спирта. При помощи моделирования процесса истирания изучены механические параметры водорастворимых полимерных биоцидных пленок. Исследован дезинфицирующий эффект разработанной водно-органической пленкообразующей композиции по отношению к штаммам микроорганизмов Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и Escherichia сoli. Доказано, что обеспечение бактериостатических и бактерицидных свойств объясняется не только введением в состав биоцида сульфата меди или сульфата цинка, но и ингибирующими свойствами самих полиакриламидов различных марок. Установлено, что полиакриламид, несмотря на содержание в своем составе углерода и азота, не является доступным источником питания для клеток патогенных микроорганизмов.

Обобщены результаты работ по использованию ультразвука при синтезе и обработке катализаторов. Продемонстрировано, что ультразвуковым воздействием можно регулировать текстурные и структурные характеристики катализаторов путем изменения времени воздействия, мощности и амплитуды ультразвукового излучения. Отмечено, что оптимизация условий ультразвуковой обработки катализаторов обеспечивает улучшение их физико-химических свойств. Это позволяет достигать более высоких значений конверсии реагентов и селективности образования целевых продуктов в различных химических реакциях. Рассмотрены примеры применения ультразвука с точки зрения следования принципам “зеленой химии”. Показано, что использование ультразвука в органическом синтезе способствует улучшению показателей химического процесса, а также сокращению времени его проведения.

Проведена оценка безопасности применения аэрозолей антибиотиков цефалоспоринового ряда по результатам гистологического исследования легких при ингаляциях различной длительности. Установлено, что длительная ингаляция не оказывает токсического влияния на легкие.

Оксид олова - широкозонный полупроводниковый материал, который часто используется в реакциях фотоокисления органических соединений. Однако связь между энергетическими и фотоэлектрокаталитическими свойствами в окислении малых органических молекул еще недостаточно исследованы. В данной работе с использованием гидротермального, золь-гель, а также темплатного методов синтезирована серия оксидов олова. В качестве темплатов применены полистирольные сферы размерами 250 нм, а также цетилтриметиламмоний бромид. Методами рентгенофазового анализа, низкотемпературной адсорбции азота, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния и диффузного отражения исследованы структура и поверхностный состав образцов, оптические и энергетические характеристики. Фотоэлектрохимическими методами определены потенциалы зоны проводимости и валентной зоны и исследованы фототоки в водных и водно-метанольных растворах в зависимости от поляризации электрода. Показано, что метод приготовления (золь-гель или гидротермальный) не влияет на положение энергетических зон, в то время как использование темплата при синтезе приводит к увеличению среднего диаметра пор в образцах и повышению значений фототоков в присутствии метанола. Установлено, что для темплатных образцов величина фототоков в водно-метанольной смеси возрастает с ростом потенциала валентной зоны. Образец, приготовленный гидротермальным методом с использованием темплата, показал наиболее высокие значения фототоков как в фоновом электролите (17.3 мкA/см²), так и в присутствии метанола (26 мкA/см²), по сравнению с образцом, приготовленным без использования темплата в электролите с добавкой (7.6 мкA/см²) и без добавки метанола (7.8 мкA/см²).

Проведено комплексное исследование углеводородного состава и физико-химических свойств побочных продуктов нефтепереработки и нефтехимии с целью поиска новых низкомаржинальных компонентов топлива маловязкого судового (ТМС) и оптимизации состава композиций топлива для расширения сырьевой базы ТМС. Установлена возможность вовлечения в ТМС утяжеленных фракций первичной и вторичной переработки нефти: 10-12 % утяжеленной дизельной фракции, 47-60 % прямогонной среднедистиллятной фракции, 2-10 % тяжелой дизельной фракции, 35 % вакуумного дистиллята, 10 % кубового остатка блоков гидрирования, 4-10 % легкого газойля каталитического крекинга. Найден способ получения нового компонента ТМС - фракции с пределами выкипания 180-270 °С, полученной из отходов нефтепереработки после их обезвоживания и фракционирования с выходом до 30 %, вовлечение которой в ТМС в количестве 5 % даст экономический эффект около 7 млн руб. в год. Методом математического моделирования проведена оптимизация состава топлива из основных и побочных продуктов с учетом объемов производства и фактических значений критичных показателей каждого компонента.

Исследовано влияние обработки тяжелой нефти изопропиловым спиртом (ИПС) в течение 8 ч при температурах 25-100 °С на состав и структуру смолистых веществ. В качестве объектов исследования использовалась тяжелая нефть Зюзеевского месторождения (Республика Татарстан) и смолистые вещества, выделенные из этой нефти. Установлено, что после обработки тяжелой нефти ИПС при 100 °С содержание смол в полученной нефтяной системе возрастает практически на 3 мас. %. Показано, что при увеличении температуры обработки смеси “нефть - ИПС (20 мас. %)” от 25 до 100 °С в смолистых веществах повышается содержание серы и кислорода на 0.5 и 0.8 мас. % соответственно и уменьшается атомное отношение Н/С от 1.40 до 1.38. При этом на 0.17 % возрастает фактор ароматичности смол со снижением доли алифатического углерода. Сделано заключение, что обработка нефти изопропиловым спиртом для модификации высокомолекулярных соединений с целью снижения содержания в системе смолисто-асфальтеновых веществ нецелесообразна, так как приводит к нежелательному образованию дополнительного количества смол.

Проанализирована годовая динамика: 1) содержания хлороформ-экстрагируемых веществ (ХЭВ) и нефтяных углеводородов (НУ) в прибрежных речных наносах, в донных отложениях зоны смешения речных и морских вод и в донных отложениях морской акватории; 2) численности углеводородокисляющей (УОБ) и гетеротрофной (ГБ) групп бактерий в донных отложениях морского участка и речных прибрежных наносах. Максимальное содержание ХЭВ выявлено в морской акватории (450±17.5 мг/100 г), минимальное - в речной части (127.6±10.9 мг/100 г), в зоне смешения речных и морских вод - 370±37.9 мг/100 г. Средние концентрации НУ распределены аналогично концентрациям ХЭВ: максимальные величины (127.5±10.9 мг/100 г) в морских грунтах, в осадках зоны смешения - несколько ниже (103.1±9.4 мг/100 г) и минимальные значения (54.8±23.9 мг/100 г) в речных наносах. Дана физико-химическая характеристика донных отложений и прибрежных наносов. Численность ГБ варьировала от 7.5⋅10³ до 2.5⋅10⁶ кл/г в донных отложениях морского участка, от 9.5⋅10³ до 9.5⋅10⁸ кл/г - речного. Сезонная изменчивость количественных показателей ГБ на обоих участках не отмечена. Бактерии, окисляющие нефтяные углеводороды, высеяны в 100 % проб донных отложений и прибрежных наносов обозначенных акваторий. Численность УОБ в морской зоне варьировала от 25 до 2.5⋅10⁴ кл/г, речной - от 25 до 4.5⋅10³ кл/г. В прибрежных наносах реки максимальные показатели численности УОБ отмечены в паводковый период (февраль-апрель).

Потенциометрическим методом исследована кислотность NH-групп ряда сульфонамидов и производных глицина в среде диметилсульфоксида. По кривым титрования определены константы диссоциации этих соединений. Показано, что кислотность NH-групп исследованных сульфонамидов контролируется полярным эффектом заместителей. Впервые установлена возможность количественного потенциометрического анализа производных глицина. С помощью программы PASS осуществлен прогноз биологической активности. Установлена взаимосвязь кислотности NH-групп с биологическим потенциалом соединений.

Решение проблем экологической безопасности при очистке водных объектов от органических загрязнений неразрывно связано с разработкой новых сорбентов и совершенствованием технологий их получения. Для производства сорбентов успешно применяются различные материалы в дисперсном и гранулированном видах. Настоящая работа посвящена созданию и совершенствованию технологий производства сорбентов нефти и нефтепродуктов. В качестве основы для разработки новых сорбентов изучены свойства гранулированного пеносиликата, полученного из отсевов отходов горнообогатительных комбинатов. Методом термохимического модифицирования в парогазовой фазе углеводородов получены опытные партии олеофильных сорбентов. Установлено, что после термохимического модифицирования пеносиликат не изменяет свою пористую структуру и аморфное состояние, сохраняя высокую сорбционную активность. В работе исследован характер пористой структуры сорбентов и влияния пористости на основные свойства: нефтеемкость, влагосодержание и плавучесть. Результаты исследования модифицированного пеносиликата различных фракций показали низкую степень водопоглощения для образцов крупной и средней фракций. Минимальное водопоглощение установлено для модифицированного материала мелкой фракции, что связано с отсутствием пор в этих образцах. Определение нефтеемкостных характеристик свидетельствует о хорошей олеофильности и сорбционной емкости модифицированного пеносиликата по отношению к нефтепродуктам. В работе приведены результаты экспериментов по регенерации сорбента после отработки своего ресурса. Представлена разработанная опытно-промышленная установка для модифицирования и регенерации пористых сыпучих материалов в неподвижном слое. Предложена технологическая схема регенерации, позволяющая за один этап обработки регенерировать и повторно модифицировать отработанный сорбент без снижения его сорбционных свойств. Преимуществом разработанной технологии восстановления свойств сорбента является простота в осуществлении и экономическая рациональность. Повторно модифицированный сорбент сохраняет свои характеристики и, в первую очередь, сорбционные свойства по отношению к нефтепродуктам. Показана целесообразность разработки новых сорбентов нефтепродуктов на основе гранулированного пеносиликата.

Разработан и испытан топливный процессор для автотермического риформинга дизельного топлива в синтез-газ. Показано, что созданный реактор обладает быстрым запуском и высокой эффективностью. В ходе испытаний была достигнута полная конверсия дизельного топлива и близкий к равновесным значениям состав основных продуктов реакции. Оптимизирована тепловая схема энергоустановки на основе твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) с электрической мощностью 1 кВт. Полученные результаты являются основой для дальнейшего создания реального макета энергоустановки на основе планарного ТОТЭ с интегрированным дизельным топливным процессором, открывая перспективы в области создания маломощных электрохимических генераторов.

Синтезированы и исследованы бинарные системы глубоких эвтектических растворителей (ГЭР): “четырехатомный спирт - соль четвертичного аммониевого основания” (ГЭР₁), “четырехатомный спирт - карбамид” (ГЭР₂), “соль четвертичного аммониевого основания - карбамид” (ГЭР₃), и тройная система “четырехатомный спирт - соль четвертичного аммониевого основания - карбамид” (ГЭР₄). Эвтектические составы бинарных систем характеризуются существенно более низкими температурами застывания/плавления по сравнению с исходными компонентами. Самое низкое значение температуры среди бинарных смесей наблюдается для эвтектического состава ГЭР₃. Тройная система ГЭР₄ обладает еще более низкой температурой плавления (-14 °С), что связано с образованием межмолекулярных донорно-акцепторных водородных связей внутри системы. На основе ГЭР₄ был приготовлен водный раствор с концентрацией 26 мас. % и определен его водородный показатель в зависимости от температурных условий приготовления. При комнатной температуре pH трехкомпонентного ГЭР составляет 6.6-7.1, а после термостатирования в течение 6 ч при 150 °С увеличивается до 9.2 за счет гидролиза карбамида. Предполагается, что в дальнейшем при использовании ГЭР₄ в качестве основы щелочной нефтевытесняющей композиции непосредственно в пласте, под действием температуры закачиваемого теплоносителя образуется СО₂ и аммиачная буферная система с максимальной буферной емкостью в интервале рН 9-10. Образовавшийся углекислый газ, растворяясь преимущественно в нефти, будет приводить к снижению ее вязкости, с одной стороны, а сформированная щелочная среда, являясь наиболее благоприятной для работы поверхностно-активных веществ за счет снижения межфазного натяжения и разжижения высоковязких слоев или пленок на границах “нефть - вода - порода”, с другой - обеспечат эффективное применение такой системы для нефтевытеснения. Кроме того, нефтевытесняющая композиция на основе ГЭР₄ будет низкозастывающей, что открывает возможности ее транспортировки и применения в условиях северных регионов и Арктической зоны.

С целью выявления закономерностей между миграцией элементов в процессе гипергенного преобразования руд и пород и их минеральным составом исследованы пробы первичной малосульфидной золотокварцевой руды и окисленной вмещающей горной породы, содержащей до 10 мас. % сульфидов и 5 мас. % продуктов их окисления. В минералогических исследованиях использован метод оптической и электронной микроскопии с выявлением форм и размеров индивидов и агрегатов минералов, определением их химического состава. Установлено, что в окисленных вмещающих горных породах из главных химических элементов значительно больше железа, серы, алюминия, калия и фосфора по сравнению с их содержанием в первичной малосульфидной золотокварцевой руде, а содержание кремния и кальция ниже. Это обусловлено выносом серы и железа в околожильные горные породы с образованием, прежде всего, пирита и арсенопирита и наличием в них алюмосиликатов (полевых шпатов и слоистых силикатов). Это же относится к мышьяку и сурьме, содержание которых выше во вмещающих горных породах в сравнении с рудами. Доля извлечения литофильных элементов из первичных золотокварцевых руд значительно выше, чем из окисленных вмещающих пород. Халькофильные элементы, наоборот, интенсивнее переходят в раствор из вмещающих пород. Таким образом, комплекс элементов, извлеченных из рудных навесок, напрямую определяется их минеральным составом. Основным носителем золота является золото самородное и его теллуриды. Серебро связано с низкопробным золотом, сульфосолями меди и серебра, а также теллуридами.

Освещены основные этапы развития рентгеноструктурных и кристаллохимических исследований в лаборатории кристаллохимии Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН за период 1958-2024 гг.

Выполнен целевой скрининг 11 фенольных токсикантов (фенол, хлорфенолы, 2,4-диxлорфеноксиуксусная кислота, октилфенол, нонилфенол, бисфенол А) в речных водах и донных отложениях (ДО) в среднем течении р. Дон в границах Воронежской области. Для количественного химического анализа были выбраны три точки - в зоне влияния сброса очистных сооружений крупного города (г. Воронеж), в районном центре (г. Лиски) и в зоне с незначительным антропогенным влиянием. Определение концентраций фенолов проводили с применением метода газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-MС) с предварительным концентрированием аналитов на магнитном сорбенте, функционализированном аминированным сверхсшитым полистиролом. Отбор проб осуществляли четыре раза в год с учетом сезонных климатических колебаний и выпадения осадков. Максимальные концентрации установлены для 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (1022 нг/л) и 2,4-дихлорфенола (557 нг/л) в весенний период. В ДО наибольшие концентрации достигаются для алкилфенолов и составляют 1.99 и 7.84 мкг/кг для октилфенола и нонилфенола соответственно. Бисфенол А не обнаружен в водах в детектируемых количествах, однако значительное его содержание установлено в ДО и составляет 3.18 мкг/кг. Также в ДО присутствуют 2,4,5-трихлорфенол, 2,4,6-трихлорфенол и пентахлорфенол. Максимальные концентрации фенольных поллютантов в речной воде обычно наблюдаются весной во время паводка и после выпадения ливневых осадков. Концентрации фенолов в ДО менее подвержены сезонным колебаниям. Гидрофобность веществ и повышение устойчивости к деградации существенно влияют на их накопление в ДО.

С целью разработки каталитической технологии переработки угольного метана в водородсодержащий газ проведен термодинамический анализ реакции три-риформинга метана (ТРМ) и исследовано влияние температуры (600-850 °С), времени контакта (0.04-0.15 с), линейной скорости подачи реагентов (80-240 см/мин) и состава реакционной смеси (CH₄ / CO₂ / H₂O / O₂ / He = 1 : (0.3-0.5) : (0.2-0.5) : (0.1-0.3) : (2.9-3.2)) на конверсию исходных реагентов и выход целевых продуктов в процессе ТРМ с использованием нанесенного Ni-содержащего катализатора. Отмечено, что с увеличением температуры реакции ТРМ от 600 до 850 °С показатели процесса возрастают (конверсия метана - 36 → 94 %, конверсия углекислого газа - 57 → 97 %, выход водорода - 37 → 91 %, выход монооксида углерода - 44 → 94 %, молярное соотношение H₂/CO - 1.5 ® 1.7) и при температуре 850 °С сопоставимы с равновесными значениями. Установлено, что варьирование значения O/C и состава окислителей позволяет регулировать показатели процесса ТРМ. Определены оптимальные условия процесса ТРМ для достижения максимальной эффективности каталитической переработки угольного метана в водородсодержащий газ: температура - в диапазоне 800-850 °С, время контакта - 0.15 с, линейная скорость - 160 см/мин и молярное соотношение реагентов в сырье - CH₄ / CO₂ / H₂O / O₂ = 1 : 0.5 : 0.2 : 0.25.

Разработана математическая модель потока водорода из газовых смесей через стенки капиллярных трубок из металлического никеля, учитывающая неоднородность парциального давления водорода вдоль длинной трубки, а также неоднородность температуры на разных участках трубки. С помощью модели на основе экспериментальных данных рассчитаны кинетические параметры транспорта водорода в диапазоне температур 600-850 °C и диапазоне парциальных давлений водорода 0.1-1.0 атм. Модель может быть использована при проектировании мембранных модулей сепарации водорода из газовых смесей для расчета длины единичных мембран, их количества и оптимальной скорости потока водородсодержащей смеси через мембрану.