Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2021 номер 1

Для увеличения нефтеотдачи и ограничения водопритока на месторождениях с низкой пластовой температурой (20-23 °С) в Институте химии нефти СО РАН создана новая низкотемпературная наноструктурированная композиция с двумя гелеобразующими компонентами (полимерным и неорганическим) с улучшенными реологическими характеристиками. Представлены лабораторные исследования кинетики гелеобразования, реологических и фильтрационных характеристик в системе “поливиниловый спирт - борная кислота - соль алюминия - карбамид - гексаметилентетрамин - полиол - вода”, которая при 20-23 °С образует связнодисперсные наноразмерные структуры типа “гель в геле”, имеющие в 2.4-6.8 раза большую вязкость и в 1.4-2.3 раза более высокую упругость по сравнению с гелями с одним гелеобразующим компонентом. Образование геля непосредственно в пласте приводит к селективному ограничению водопритока, изменению направления фильтрационных потоков, снижению обводненности, ограничению прорывов закачиваемого рабочего агента в добывающие скважины. По результатам лабораторных исследований показана высокая эффективность композиции для перераспределения потоков и дополнительного вытеснения нефти из каналов с очень высокой проницаемостью, что позволяет рекомендовать ее для применения на холодных добывающих и нагнетательных скважинах со сложным геологическим строением пласта, наличием высокопроницаемых разломов, трещин и промытых каналов, в частности, для ограничения водопритока и увеличения нефтеотдачи пермокарбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения с естественным режимом эксплуатации. Ожидаемый результат: прирост коэффициента извлечения нефти, снижение обводненности продукции и интенсификация добычи нефти.

Территории с выходами на поверхность термальных источников являются уникальным объектом для исследований изменения минерального состава растительности и почв в условиях сильного воздействия эндогенных факторов. Изучены особенности накопления 25 химических элементов в растениях Potentilla anserinа L. в зоне влияния Кучигерских гидротерм (Баргузинская котловина, Республика Бурятия). Установлено, что на обследованной территории концентрация Ca, K, Mg, P, S, Zn в растениях P. anserina варьировала незначительно. В зоне субаквальной разгрузки термальных вод растения накапливали больше Na, Sr, Li (вблизи выхода высокотемпературных грифонов) и W, Mo (вблизи выхода низкотемпературных грифонов). На прибрежном диапировом валу, где обнаружена чрезвычайно высокая активность восхождения газогидротермальных грязевых флюидов, концентрации Al, Mn, Ti, Cr, Ni, Co, La, Y в растениях были максимальны. В золе растений на всех ключевых участках отмечается превышение кларковых значений по следующим элементам: Ca (коэффициент концентрации ( K _к) = 2.0-3.6), Na ( K _к = 2.4-4.8), Sr ( K _к = 3.5-9.5), Ba ( K _к = 2.7-6.6), Li ( K _к = 6.0-17.0), W ( K _к = 25.0-47.0), Sc ( K _к = 6.0-21.0). К химическим элементам, энергично потребляемым растениями, относятся P и S (коэффициент биологического поглощения (КБП) = 22.4-69.2); к элементам сильного накопления - Ca, Na, K, Mg, Mn, Sr, Zn, Cu, Li, Ni, Mo (КБП = 1.5-10.5). Остальные элементы относятся к группе слабого накопления и среднего захвата (КБП = 0.1-0.9). Изменение интенсивности накопления элементов растениями в зависимости от условий произрастания приводит к нарушению соотношений Fe/Mn, Fe/Zn, Cu/Mo, Ca/Sr, Ca/Ba, K/Ba, Sr/Ba.

Исследованы физико-химические свойства и структуры биосурфактантов, продуцируемых микроорганизмами-нефтедеструкторами, представленными тремя штаммами: Rhodococcus 108 , Acinetobacter 112 , Acinetobacter 114 . Показано, что исследуемые культуры способны синтезировать как клеточно-связанные, так и внеклеточные биологические поверхностно-активные вещества. При этом количество свободных биосурфактантов у штамма Rhodococcus 108 существенно выше, чем у бактерий, принадлежащих к роду Acinetobacter . Во всех исследованных соединениях присутствуют углеводные и липидные компоненты. Согласно данным ИК-спектроскопии, биосурфактант, выделенный из штамма Rhodococcus 108, представляет собой соединение, содержащее длинноцепочечные алифатические углеводороды, эфирные и сложноэфирные связи, карбонильные и гидроксильные группы, а выделенный из штамма Acinetobacter 114 - липополисахарид, состоящий из трисахаридной основы, к которой присоединены остатки жирных кислот (С₁₀-С₂₂) через сложноэфирную и амидную связь.

Исследован процесс кристаллизации карбоната кальция (модификации - кальцит и ватерит) из растворов, содержащих желчь. Установлено, что в беспримесной среде и в присутствии 1 мас. % желчи образуется кальцит, а увеличение концентрации желчи в исходном растворе от 5 до 100 мас. % способствует кристаллизации ватерита. Показано, что масса твердой фазы возрастает пропорционально увеличению концентрации желчи в исходном растворе. Изучено растворение синтезированных образцов в растворах NaCl (0.9 мас. %) и ЭДТА (0.05 моль/л). Выявлено, что присутствие компонентов желчи в составе твердых образцов уменьшает скорость их растворения.

Раскрыты возможности новых подходов к оценке физиологической полноценности питьевой воды с привлечением методов биотестирования. Проведено биотестирование вод (обедненных и обогащенных калием, натрием, кальцием и магнием) по показателям: острой токсичности воды на пресноводной рыбе данио рерио ( Brachydanio rerio ), генотоксичности на клетках ее крови, а также хронической токсичности на рачках Ceriodaphnia affinis . Установлено, что образцы воды с оптимальным содержанием К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ не обнаруживают токсичности, а образцы, содержание указанных элементов в которых выходит за пределы оптимальных концентраций, связаны с хроническим токсичным и генотоксичным эффектами.

Проведено сравнение состава и содержания фенольных соединений в водно-этанольных экстрактах из листьев растений Spiraea betulifolia subsp. aemiliana (Schneid.) Hara (Rosaceae), отобранных из двух природных популяций с о-ва Кунашир и в условиях интродукции в Академгородок (Новосибирск). В экстрактах обнаружены флавоноиды и фенолкарбоновые кислоты. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) выявлено 19 фенольных соединений в водно-этанольных экстрактах из листьев растений из природных популяций и 26 - из листьев растений интродукционной популяции. Установлены различия в ВЭЖХ-профилях фенольных соединений растений из природных и интродукционной популяций. В листьях растений интродукционной популяции обнаружено пять новых фенолокислот и один флавонол. При переносе кустов спиреи из природы в условия интродукции также отмечено изменение содержания некоторых фенольных соединений. Мажорным компонентом в листьях растений из природных популяций является гиперозид (3.36-9.99 мг/г), из интродукционной популяции - кверцетин (2.86-5.07 мг/г). Разность в содержании кверцетина и гиперозида между растениями различных популяций статистически достоверна при уровне значимости Р ≥ 0.05. Концентрации хлорогеновой, n -кумаровой и коричной кислот, таксифолина, изокверцитрина, рутина, авикулярина, астрагалина, кемпферола в экстрактах из листьев растений из интродукционной и природной (о-в Кунашир, берег оз. Кипящее) популяций равнозначны. Выявлена неоднородность распределения отдельных фенольных соединений по фазам в экстрактах из листьев интродукционных растений S. betulifolia subsp. aemiliana .

Direct UV photolysis of the aqueous solutions of seven well-known pharmaceuticals was accomplished using a high-pressure mercury lamp. Within 30 min of irradiation, active substances of ranitidine and phthalylsulphathiazole were almost completely destructed, whereas paracetamol and novocaine were destroyed to a lesser extent. Stable organic products are not formed during the destruction of paracetamol, while the photolysis of sulphaguanidine leads to the formation of acetic acid, which was confirmed by means of ¹H NMR spectroscopy. It is concluded that UV photolysis may be used for initial wastewater treatment to remove the studied micropollutants.

Разработка новых двухфазных водных систем на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) для целей экстракции требует выявления закономерностей расслаивания в зависимости от природы ПАВ и высаливателя. Изучены фазовые равновесия в тройных водных расслаивающихся системах, содержащих катионное ПАВ (хлорид алкилбензилдиметиламмония - катамин АБ) и неорганический высаливатель. Катамин АБ образует расслаивающиеся системы с хлоридами (KCl, NaCl, NH₄Cl, LiCl, CaCl₂), сульфатами (K₂SO₄, Na₂SO₄, (NH₄)₂SO₄), нитратами (KNO₃, NH₄NO₃, NaNO₃, Mg(NO₃)₂, LiNO₃, Al(NO₃)₃, Ca(NO₃)₂), а также с Na₂CO₃, K₂CO₃, KHCO₃, NaBr, KSCN, NH₄F, (NH₄)₂HPO₄ и HNO₃. Обсуждено влияние природы высаливателя на процесс расслаивания систем. Лучшими высаливателями для катамина АБ служат нитраты, имеющие относительно низкое значение энергии гидратации в ряду изученных анионов. Построена фазовая диаграмма системы “вода - катамин АБ - хлорид натрия”. Область расслаивания системы существует в достаточно широком интервале кислотности: до 2.4 моль/л H₂SO₄ (или HCl) и до 2.8 моль/л NH₃ (или 4.7 моль/л NaOH). Фазы остаются прозрачными при всех изученных концентрациях неорганических кислот и оснований. Проведена оценка экстракционной способности системы “вода - катамин АБ - хлорид натрия”. Таллий (III) количественно извлекается в интервале концентраций H₂SO₄ от 0.5 до 2 моль/л. Расширить ассортимент извлекаемых металлов можно при использовании органических комплексообразующих реагентов. Количественное извлечение комплекса лантана (100 мкг) с 1 мл раствора арсеназо III (0.01 моль/л) наблюдается в системе, содержащей 2.2 г катамина АБ, 2.0 г хлорида натрия при общем объеме 15 мл и рН ~8.

Выполнено термодинамическое моделирование гипергенных процессов в хвостах обогащения медно-никелевых руд при варьировании температуры (3 и 20 °С), а также процессов испарения воды в верхних слоях хвостов в летние месяцы при низких коэффициентах фильтрации. Установлено, что основными катионами поровых растворов являются ионы магния, кальция, никеля и меди, преобладающими анионами - сульфат- и гидрокарбонат-ионы. Главные новообразованные фазы в системе - минералы группы смектитов, а также гетит, карбонаты, кремнезем, хлорит, гипс.

Сферические микроструктуры фумарата висмутила (III) состава (BiO)₂С₄H₂O₄ получены стандартным методом осаждения из растворов при температурах 23 и 60 °C. С помощью комплекса физико-химических методов изучен состав продукта реакции и его свойства. При 60 ^оС степень извлечения висмута в осадок (продукт) при молярном соотношении висмут/фумарат-ион, равном 1.5, составляет не менее 99.8 %. По данным ИК- и КР-спектроскопии, в полученном соединении оба кислотных остатка фумаровой кислоты депротонированы, а карбоксильные группы имеют бидентатную координацию к катионам висмутила (III). Методами электронной микроскопии и малоуглового рассеяния исследовано влияние температуры синтеза на морфологию образца. Согласно данным сканирующей электронной микроскопии, (BiO)₂С₄H₂O₄, полученный при 23 °C, представляет собой сферические частицы размером 10-12 мкм, состоящие из тонких нанопластинок толщиной порядка 0.1 мкм. Данные седиментационного анализа порошка свидетельствуют о симметричном распределении частиц по размерам; средний размер частиц равен 11.7 мкм. При увеличении температуры осаждения до 60 °C этот размер уменьшается до 3-7 мкм; наблюдается несимметричная функция распределения частиц по размерам, при этом средний размер агрегатов составляет 30.9 мкм. Описан возможный механизм образования сферических микроструктур (BiO)₂С₄H₂O₄ как процесс, сочетающий в себе оствальдовское созревание и самосборку. По данным термического и рентгенофазового анализов, в результате окислительного термолиза фумарата висмутила при температуре 450 °C образуется оксид висмута моноклинной модификации.

Современный уровень развития автомобильного транспорта характеризуется высокой интенсивностью движения грузовых транспортных средств и ростом динамических нагрузок на дорожное покрытие. Актуальной задачей остается повышение качества дорожного битума через поиск новых технико-технологических решений для достижения высоких физико-механических характеристик асфальтобетонных покрытий и обеспечения их долговечности. Рассмотрено влияние катионоактивной адгезионной присадки на интервал пластичности окисленного и неокисленного битумов. Исследованы физико-механические свойства асфальтобетонных смесей, приготовленные на основе битумов, модифицированных присадкой в различных концентрациях. Разработана технология получения модифицированного битумного вяжущего с участием адгезионной присадки. На основе битума марки БНД 60/90 выпущена опытная партия модифицированного присадкой битума (40 т), произведена укладка опытного участка дорожного полотна общей площадью 7900 м² в г. Набережные Челны (Республика Татарстан, Россия), осуществлен авторский надзор за состоянием опытного участка дороги.

Исследован ряд каталитических мембранных реакторов (КМР) различной конструкции и состава для высокотемпературного разложения сероводорода. Использовались два типа КМР слоистой структуры: первый тип включал слой катализатора, носитель мембраны и мембранный слой, а второй - слой катализатора, носитель мембраны, промежуточный слой и мембранный слой. Показано, что структура пор и толщина мембранного слоя существенно влияют на проницаемость для H₂ и H₂S. Благодаря высокому коэффициенту разделения H₂/H₂S (более 2.5), наблюдается значительное улучшение показателей процесса разложения H₂S в КМР по сравнению с проточным реактором с гранулированным катализатором. Степень превращения H₂S (с образованием H₂) достигает 87 % при 900 °C в КМР оптимального состава и способа приготовления.

Представлены данные по содержанию 20 элементов, определенных методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения (РФА СИ), в листьях и стеблях растений Syringa vulgaris трех сортов - ‘Надежда’, ‘Олимпиада Колесникова’, ‘Память о Кирове’, произрастающих в условиях транспортно-промышленного загрязнения в г. Новосибирске и фоновых условиях (контроль). В результате техногенного воздействия концентрации Mn, Fe, Co, Cr, Br, Rb, Nb в растениях повышались, а Zn и Mo - снижались (по сравнению с контролем). В городских условиях по содержанию микроэлементов выделялись растения сорта ‘Надежда’. Вследствие загрязнения окружающей среды в листьях и стеблях растений наблюдалось изменение соотношений физиологически важных химических элементов. Наименее существенные различия отмечены в соотношениях Fe/Mn и Zn/Cu у сирени сорта ‘Память о Кирове’. Выявлено, что величина соотношения K/Rb у сирени сортов ‘Олимпиада Колесникова’ и ‘Память о Кирове’ в условиях техногенной нагрузки снижалось за счет повышения содержания Rb в листьях и стеблях, а у сирени сорта ‘Надежда’, напротив, повышалось по сравнению с контролем. На основании рассчитанного коэффициента биогеохимической трансформации наиболее существенные изменения в микроэлементном составе зафиксированы для листьев и стеблей сирени сорта ‘Надежда’, что свидетельствует о ее меньшей устойчивости к техногенному загрязнению по сравнению с остальными сортами. Сирень ‘Память о Кирове’ толерантна к неблагоприятным факторам городской среды.